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1.4.17.5 : Système immunitaire - Biologie


Objectifs d'apprentissage

  • Identifier la structure et la fonction du système immunitaire

Notre système immunitaire nous offre une protection contre un monde plein d'agents pathogènes. Notre système immunitaire fonctionne en fournissant deux types d'immunité. Dans l'immunité non spécifique, nos corps présentent les mêmes types de systèmes de défense quel que soit le type d'agents pathogènes. L'immunité non spécifique fonctionne un peu comme une clôture autour de votre propriété. La clôture ne fait pas la différence entre ami et ennemi. Cela empêche tout le monde d'entrer. L'autre type d'immunité est connu sous le nom d'immunité spécifique (défense). Une défense spécifique produit une attaque contre un agent pathogène spécifique. C'est un peu comme avoir un préposé à la porte de la clôture autour de votre maison. Le préposé peut identifier les ennemis potentiels et les tenir à l'écart.

Avant la naissance, le corps répertorie toutes les cellules et tous les tissus du corps et les classe comme des cellules « soi ». La présentation de cellules non-soi peut alors déclencher le système immunitaire.

Tableau 1. Composants du système immunitaire
Système immunitaire innéSystème immunitaire adaptatif
La réponse n'est pas spécifiqueRéponse spécifique aux agents pathogènes et aux antigènes
L'exposition conduit à une réponse maximale immédiateTemps de latence entre l'exposition et la réponse maximale
Composants à médiation cellulaire et humorauxComposants à médiation cellulaire et humoraux
Pas de mémoire immunologiqueL'exposition conduit à la mémoire immunologique
Présent dans presque toutes les formes de vieTrouvé uniquement chez les vertébrés à mâchoires

Défense non spécifique

La défense non spécifique (immunité innée) consiste en des mécanismes qui empêchent ou détruisent les agents pathogènes, quel que soit leur type. La défense non spécifique comprend les barrières mécaniques, les substances chimiques, les cellules et l'inflammation.

Barrières mécaniques comprennent la peau et les muqueuses. En plus de présenter une barrière physique qui arrête les agents pathogènes, ils agissent également pour éliminer les substances de la surface des membranes. Les exemples incluent le mouvement des substances muqueuses en mouvement vers le tube digestif et les larmes lavant les substances des yeux.

Substances chimiques travailler pour détruire les agents pathogènes. Ceux-ci incluent les enzymes, les cytokines et le système du complément. Par exemple, le mucus des voies respiratoires se déplace vers le pharynx et l'œsophage où il est avalé. En atteignant le tube digestif, les agents pathogènes sont détruits par de puissantes enzymes digestives.

Les cytokines sont une série de substances protéiques sécrétées par les cellules qui agissent pour détruire les agents pathogènes. Les interférons sont des cytokines qui se lient aux cellules, les obligeant à produire des substances qui inhibent la réplication virale. Un type d'interféron peut affecter de nombreux types de virus. Les interférons peuvent également activer d'autres cellules immunitaires telles que les macrophages et les cellules tueuses naturelles. Certaines cytokines produisent de la fièvre. L'interleukine I (pyrogène endogène) est une cytokine qui agit comme un pyrogène (augmente la température corporelle). Cette cytokine est libérée en réponse à des toxines ou à des agents pathogènes et provoque une augmentation de la température corporelle.

Le système de complément est une série d'environ 20 protéines plasmatiques. Ils comprennent des protéines nommées C1-C9 et des facteurs B, D, P. Ils agissent un peu comme la cascade de la coagulation en ce sens que l'activation de la première protéine complémentaire provoque l'activation des autres. Les réponses du système du complément comprennent l'inflammation, la phagocytose des globules blancs attirés dans la zone et l'attaque des cellules non autonomes.

Inflammation se caractérise par un gonflement, une rougeur, de la chaleur et de la douleur (tumeur, rubor, calor, dolor). L'inflammation est produite par la destruction des tissus par les traumatismes, les coupures, la température et les produits chimiques. L'inflammation provoque une augmentation du flux sanguin vers la zone endommagée. Le sang apporte des substances à réparer et la stase du sang dans la région empêche la propagation des agents pathogènes. L'inflammation est principalement causée par la libération d'histamine et d'héparine par les mastocytes (semblables aux basophiles). L'histamine favorise la vasodilatation locale et la perméabilité capillaire tandis que l'héparine inhibe la coagulation. Les phagocytes sont également attirés vers la zone et éliminent les débris. Les neutrophiles libèrent des substances qui activent les fibroblastes pour commencer à réparer la zone. Les substances libérées par les cellules stimulent les récepteurs de la douleur dans les tissus provoquant la sensation de douleur.

Défense spécifique

La défense spécifique (parfois appelée immunité adaptative) reconnaît et coordonne les attaques contre des agents pathogènes spécifiques. Le système peut également mémoriser les agents pathogènes et produire une réponse puissante la prochaine fois qu'un agent pathogène pénètre dans le corps.

Il existe deux types de défense spécifiques. Ceux-ci comprennent l'immunité à médiation cellulaire et l'immunité à médiation par les anticorps. L'immunité à médiation cellulaire se produit lorsque les lymphocytes T (cellules T) sont activés par l'exposition à des agents pathogènes. Les lymphocytes T activés attaquent alors directement les agents pathogènes.

Les lymphocytes T deviennent activés lorsqu'ils sont exposés à des antigènes sur des agents pathogènes. Les lymphocytes T réagissent avec des portions d'antigènes appelés déterminants antigéniques (épitopes). Les lymphocytes T contiennent à leur surface des récepteurs antigéniques qui se combinent avec des déterminants antigéniques sur les agents pathogènes. Les récepteurs antigéniques sont des chaînes polypeptidiques qui contiennent des régions variables et constantes. La région variable se lie au déterminant antigénique. C'est ce qu'on appelle l'activation directe des cellules T.

Complexes majeurs d'histocompatibilité

Des glycoprotéines spécifiques peuvent activer les cellules T. Ces glycoprotéines sont appelées molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (molécules du CMH). Les molécules du CMH résident sur les membranes cellulaires et contiennent une région variable. La région variable est la partie de la molécule qui permet la liaison aux antigènes.

Les molécules du CMH de classe I présentent des antigènes à la surface des cellules. Les antigènes sont produits à l'intérieur des cellules. Un exemple est une cellule infectée par un virus. Le virus se réplique à l'intérieur de la cellule produisant des protéines. Ces protéines se combinent avec des molécules du CMH de classe I qui se déplacent vers la membrane cellulaire externe pour l'affichage. Une fois affiché à la surface de la cellule, le système immunitaire peut attaquer et détruire la cellule.

Les molécules du CMH de classe II se trouvent sur les cellules qui présentent des antigènes. Les antigènes pénètrent dans les cellules par endocytose et se combinent avec les molécules du CMH de classe II dans les vésicules. La combinaison complexe antigène-CMH est ensuite transportée jusqu'à la membrane cellulaire et affichée à la surface. La réponse aux complexes du CMH de classe II diffère de celle du CMH de classe I en ce que les cellules présentatrices du CMH de classe II ne sont pas directement attaquées. Le complexe MHC II agit davantage comme un signal envoyé aux autres cellules du système immunitaire pour les mobiliser contre l'antigène.

Objectifs d'apprentissage

Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur votre système immunitaire :

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L'immunité innée est-elle notre meilleure arme pour aplatir la courbe ?

1 Programme de cancérologie, Institut de recherche de l'Hôpital d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

2 Département de biochimie, microbiologie et immunologie,

3 Centre pour les infections, l'immunité et l'inflammation, et

4 Division de chirurgie générale, Département de chirurgie, Université d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

Adressez la correspondance à : Michele Ardolino, 501 Smyth Road, Centre de cancérologie, 3-328, Ottawa, Ontario K1H 8M2, Canada. Téléphone : 613.737.8899 ext. 77257 Courriel : [email protected]

Note d'auteur : LA et MM ont contribué à parts égales. MA et RCA ont contribué à parts égales.

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1 Programme de cancérologie, Institut de recherche de l'Hôpital d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

2 Département de biochimie, microbiologie et immunologie,

3 Centre pour les infections, l'immunité et l'inflammation, et

4 Division de chirurgie générale, Département de chirurgie, Université d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

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1 Programme de cancérologie, Institut de recherche de l'Hôpital d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

2 Département de biochimie, microbiologie et immunologie,

3 Centre pour les infections, l'immunité et l'inflammation, et

4 Division de chirurgie générale, Département de chirurgie, Université d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

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1 Programme de cancérologie, Institut de recherche de l'Hôpital d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

2 Département de biochimie, microbiologie et immunologie,

3 Centre pour les infections, l'immunité et l'inflammation, et

4 Division de chirurgie générale, Département de chirurgie, Université d'Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada.

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La pandémie de COVID-19 est un rappel sévère de ne pas tenir notre système immunitaire pour acquis. Le fait que certaines personnes contractent et éliminent le virus du SRAS-CoV-2 sans symptômes apparents contraste fortement avec les dommages que ce virus a causés à des populations plus vulnérables, y compris les personnes âgées et les patients atteints de maladies chroniques ou de cancer. Bien que les différences de gravité de l'infection entre ces populations soient multifactorielles, il est probable que l'immunité innée constitue le fondement, étant donné son rôle central dans la réponse précoce aux infections virales. En deux décennies, il y a eu trois zoonoses à coronavirus connues (SARS-CoV-1, MERS et SARS-CoV-2), qui ont toutes eu un impact dévastateur sur la santé humaine et économique des sociétés touchées. Malheureusement, avec la fréquence et la diffusion de nouvelles zoonoses, il est peu probable que ce soit notre dernière bataille. Alors que nous entamons la longue et intimidante récupération après cette pandémie, nous devons saisir l'occasion pour réfléchir à la façon d'exploiter notre système immunitaire inné pour mieux nous préparer à combattre le prochain virus.

« On peut savoir conquérir sans pouvoir le faire » ( 1 ).

Dans la plupart des pays, des interventions ont été mises en place pour aplatir la courbe. L'objectif de ces interventions est de ralentir la propagation du virus afin que la capacité des ressources médicales, telles que les lits d'hôpitaux, les ventilateurs et les équipements de protection individuelle, ne soit pas dépassée et que nous puissions soigner adéquatement les malades. Alors que la distanciation sociale s'est avérée très efficace pour aplatir la courbe, elle est souvent impossible pour les travailleurs essentiels ou les patients vulnérables. De plus, les effets d'entraînement de la distanciation sociale sur notre économie et notre bien-être ne sont pas durables à long terme.

Idéalement, les stratégies alternatives à la distanciation sociale devraient (a) continuer à protéger les personnes à haut risque, (b) accélérer la reprise mondiale et (c) être facilement adaptées pour faire face aux futures pandémies. Ici, nous avançons l'hypothèse que l'exploitation de l'immunité innée est notre meilleure arme pour lutter contre les nouvelles épidémies virales en empêchant une infection productive ou en accélérant la clairance virale.

L'immunisation active fournit une protection contre une cible vaccinale spécifique grâce à des réponses spécifiques d'antigène par des lymphocytes adaptatifs. Un vaccin efficace spécifique à l'antigène peut protéger complètement la majorité des individus en bonne santé, il n'est donc pas surprenant que le monde attende cette panacée avec impatience. Il est toutefois important de rappeler que les coronavirus endémiques humains, qui sont responsables jusqu'à 35 % des rhumes, réinfectent souvent des individus, parfois même la même année (2), malgré que 90 % des individus développent des anticorps spécifiques du coronavirus ( 3 ). Même lorsque l'infection donne des titres d'anticorps élevés, la demi-vie du titre est, dans certains cas, courte (4).

Des exemples de la médecine vétérinaire, où les coronavirus sont des fléaux qui ont échappé à l'éradication malgré la vaccination, sapent encore plus l'espoir d'un vaccin respiratoire/coronavirus efficace. Ce n'est sûrement pas faute d'avoir essayé, car les coronavirus bovins causent plusieurs maladies, dont la fièvre des transports : une maladie respiratoire mortelle courante dans les parcs d'engraissement commerciaux qui est responsable d'une perte estimée à 900 millions de dollars par an (5). Un autre exemple est le coronavirus félin hautement mortel, qui partage des similitudes avec le SRAS-CoV-1/2, notamment la persistance virale, l'induction d'une lymphopénie profonde et une évolution clinique prolongée (6). Ces similitudes devraient soulever un drapeau d'avertissement, car les réponses humorales contre ce coronavirus félin, plutôt que d'être protectrices, entraînent une évolution plus grave de la maladie. Dans ces cas, des niveaux sous-neutralisants d'anticorps contre la protéine S de pointe opsonisent le virus et favorisent l'infection des cellules immunitaires exprimant les récepteurs Fc (augmentation de la maladie dépendante des anticorps). Il est probable que les efforts actuels de vaccination permettront de surmonter ces obstacles, mais cela prendra du temps et le vaccin pourrait être inefficace contre les futurs coronavirus (7).

Une stratégie alternative intéressante à la vaccination repose sur l'amélioration de l'immunité innée, qui a été adoptée avec succès en médecine vétérinaire pour prévenir la transmission de virus respiratoires chez les bovins hébergés à proximité (8). Plus précisément, l'administration d'un produit inactivé Parapoxvirus ovis le virus active largement les composants immunitaires innés, y compris les cellules dendritiques, les cellules NK et les IFN de type I, et protège le bétail de nombreuses maladies respiratoires non liées à Parapoxvirus.

L'immunité innée agit comme les troupes de première ligne de notre corps. Les récepteurs de reconnaissance de formes reconnaissent les composants viraux et déclenchent la production d'IFN. Les IFN ont une activité antivirale directe et chorégraphient les réponses lymphocytaires innées et adaptatives. Ils sont si essentiels aux réponses antivirales que les coronavirus zoonotiques consacrent une grande partie de leur génome à leur suppression (9), ce qui donne du crédit à l'hypothèse selon laquelle un traitement prophylactique ou précoce par IFN contournera l'évasion immunitaire et favorisera la clairance virale (10). Sur la base de cette justification, des essais cliniques avec des IFN recombinants sont en cours. Un essai clinique (ClinicalTrials.gov NCT04320238) utilise l'IFN-α1β recombinant administré par voie nasale pour prévenir l'infection par le SRAS-CoV-2 chez le personnel médical. Un deuxième essai clinique (NCT04293887) administrera l'IFN-α1β aux patients nouvellement diagnostiqués dans les 7 jours suivant l'apparition des symptômes, tandis qu'un troisième essai (NCT04331899) traitera les cas légers de COVID-19 avec l'IFN de type III, dont les fonctions se chevauchent partiellement, mais sont réduites. toxicité par rapport à l'IFN de type I. En cas de succès, ces essais fourniront la preuve de concept que la stimulation prophylactique/précoce du système immunitaire inné offre une protection contre le SRAS-CoV-2 et, en théorie, contre les futurs coronavirus.

"Celui qui est prudent et guette un ennemi qui ne l'est pas, sera victorieux" ( 1 ).

Comme toute armée, notre système immunitaire inné répondra plus efficacement lorsqu'il sera amorcé. Des études récentes ont mis en évidence comment la réponse immunitaire adaptative ainsi que l'immunité innée peuvent être entraînées pour répondre aux agressions pathogènes. L'immunité entraînée fait référence à une réponse inflammatoire plus puissante causée par des modifications épigénétiques de longue durée des progéniteurs myéloïdes (11). Le manque de spécificité de la réponse secondaire peut être la clé pour exploiter avec succès l'immunité entraînée contre le COVID-19 et les futures pandémies.

Le bacille Calmette-Guérin (BCG, vivant atténué Mycobactérie bovis) a été développé contre la tuberculose et, dans de nombreux pays, fait partie du calendrier de vaccination des enfants. Des études épidémiologiques ont montré que la vaccination par le BCG est associée à une réduction d'environ 30 à 40 % des infections respiratoires non liées et à une réduction de la mortalité infectieuse dans l'enfance (12). La corroboration de cet effet a été obtenue dans un essai contrôlé randomisé où la vaccination par le BCG protégeait contre l'infection expérimentale d'un virus de la fièvre jaune atténué (13). En conséquence, il y a eu moins de cas confirmés de COVID-19 et de décès dans les pays où la vaccination par le BCG est obligatoire (14), bien qu'un rapport contrasté ait été récemment publié (15), soulignant que davantage d'études sont nécessaires pour déterminer si la vaccination par le BCG confère une protection à long terme. Cependant, étant donné l'abondance de preuves mécanistes montrant que la vaccination hétérologue entraîne une immunité entraînée, la vaccination par le BCG est actuellement à l'étude aux Pays-Bas (NCT04328441), en Australie (NCT04327206), en Égypte (NCT04350931) et aux États-Unis (NCT04348370) dans le but de protéger les travailleurs de la santé contre le COVID-19. Malheureusement, le BCG est contre-indiqué chez de nombreux patients vulnérables, tels que ceux qui subissent une chimiothérapie. Cependant, le vaccin IMM-101 (tué par la chaleur Mycobactérie obuense) a un mécanisme d'action similaire à celui du BCG, avec un profil d'innocuité établi chez les patients cancéreux (16). Le Groupe canadien pour les essais sur le cancer a proposé de tester l'IMM-101 dans un essai clinique pour protéger les patients atteints de cancer à haut risque qui ne peuvent pas s'isoler en raison de leur traitement (CCTG ID IC8).

Lorsque l'on considère le mécanisme d'action des IFN et des vaccins hétérologues, les cellules NK apparaissent comme des médiateurs importants de la réponse thérapeutique. Les cellules NK sont des composants clés de la réponse antivirale en raison de leur capacité à éliminer les cellules infectées par un virus et à produire des cytokines antivirales lors de l'activation (17). La fonction des cellules NK dépend fortement du milieu cytokinique sur lequel ces cellules agissent, et les IFN et d'autres cytokines pro-inflammatoires produites par les cellules myéloïdes entraînées peuvent amorcer et stimuler les fonctions antivirales NK. Les infections virales, en particulier avec le cytomégalovirus, génèrent un sous-ensemble de cellules NK mémoire qui répondent plus puissamment à une exposition secondaire à l'agent pathogène (18). Bien que les réponses de la mémoire NK n'aient pas été étudiées dans le contexte des infections à coronavirus, les stratégies thérapeutiques qui favorisent l'inflammation bénéfique pourraient tirer parti des avantages supplémentaires fournis par la mise en place d'un pool de cellules NK mémoire.

« Il gagnera qui sait quand se battre et quand ne pas se battre » ( 1 ).

Si une réponse immunitaire innée précoce et forte est la clé d'une protection et d'une clairance virale efficace, pourquoi les rapports de dérégulation immunitaire innée conduisant à une physiopathologie sévère dominent-ils la littérature clinique sur le SRAS-CoV ? Initialement, la suppression immunitaire peut être nécessaire pour établir une infection productive. Cela a été confirmé chez des patients hospitalisés chez lesquels une maladie symptomatique sévère était associée à une immunosuppression innée (19). Des études cliniques ont montré que les infections à coronavirus réduisent le nombre de cellules NK en circulation et modifient leur état fonctionnel.Les cellules NK chez les patients infectés par des coronavirus sont moins fonctionnelles, ce qui indique une capacité réduite à éliminer les cellules infectées et présentent une expression plus élevée de récepteurs inhibiteurs, par exemple NKG2A, qui augmente le seuil d'activation des cellules NK (19). Cependant, dans les infections COVID-19 plus sévères, les cellules myéloïdes s'accumulent dans les poumons et favorisent le recrutement et l'activation des lymphocytes, y compris les cellules NK. Une fois dans les poumons, les cellules NK sont susceptibles d'être parmi les principaux producteurs d'IFN-γ, ce qui contribue à l'immunopathologie et au développement du syndrome de détresse respiratoire aiguë (20).

La discordance dans nos affirmations selon lesquelles l'immunité innée éradique le COVID-19 tout en ayant un rôle pathologique dans les maladies graves peut s'expliquer par qui nous étudions et quand nous les étudions. La plupart des études cliniques corrélatives sont menées chez des patients déjà hospitalisés ou gravement malades car ce sont ceux qui sont accessibles pour les échantillons de sang, tandis que les patients légèrement symptomatiques ou asymptomatiques n'ont pas été correctement étudiés car ils restent à domicile en auto-quarantaine. Les études murines, qui sont hautement contrôlées, seront donc très instructives pour déterminer quand stimuler thérapeutiquement les réponses immunitaires innées (21). Un exemple concret est que le traitement par IFN dans les 6 heures suivant l'infection était curatif chez les souris infectées par le SRAS-COV-1, tandis que l'administration retardée, à 12 heures, était inefficace (22), révélant que le moment est un déterminant clé de l'efficacité.

Les données indiquent un modèle dans lequel l'activation immunitaire innée prophylactique ou précoce peut prévenir ou atténuer les symptômes après COVID-19, mais lorsqu'elle est inefficace, un dysfonctionnement immunitaire inné induit par un virus, suivi d'une réponse immunitaire innée dérégulée, peut aggraver l'immunopathologie et la gravité de infection. Nous devons tenir compte du fait que les cellules immunitaires innées, y compris les cellules myéloïdes et NK, ont été impliquées dans l'immunopathologie lors de l'obtention thérapeutique d'une réponse antivirale. Par conséquent, les interventions thérapeutiques doivent être efficaces et opportunes, car une administration intempestive d'agents immunostimulants peut exacerber l'immunopathologie et aggraver la maladie (23).

Comment alors déterminer quand exploiter l'activation immunitaire, et chez quels patients ? Une solution simple et directe à ce problème pourrait encore venir de l'immunité innée et notamment de la mesure de la réactivité des cellules NK. La réactivité des cellules NK est finement ajustée par le milieu inflammatoire, dont les IFN sont une partie essentielle. Bien qu'il puisse être difficile d'évaluer avec précision les niveaux de différentes cytokines chez les patients COVID-19, la mesure de la réactivité des cellules NK est simple. NK-Vue mesure l'IFN-γ libéré par les cellules NK stimulées avec un cocktail stimulant exclusif et est actuellement utilisé chez les patients cancéreux pour évaluer l'activité des cellules NK avant le traitement (24). Un concept similaire pourrait être traduit en infections virales. Fait intéressant, l'activité des cellules NK est étonnamment faible chez les patients particulièrement vulnérables au COVID-19, tels que les personnes âgées, les patients cancéreux et les patients se remettant d'une intervention chirurgicale (24). Ce test pourrait donc être utilisé pour identifier les patients à haut risque de COVID-19 symptomatique et sévère et ceux qui bénéficieraient d'une activation immunitaire innée.

"Si vous connaissez l'ennemi et vous connaissez vous-même, vous n'avez pas à craindre le résultat de cent batailles" ( 1 ).

En plus de nos efforts pour trouver un vaccin contre le SRAS-CoV-2 et aplatir la courbe, nous devons nous efforcer de comprendre les aspects biologiques et physiopathologiques de l'infection virale et de la réponse immunitaire au virus. La connaissance des relations moléculaires, cellulaires et systémiques entre les coronavirus et le système immunitaire inné de l'hôte nous fournira plus de ressources pour lutter rationnellement et efficacement contre cette épidémie et les futures. L'accent mis sur le système immunitaire inné permettra de traduire notre compréhension d'une pandémie à l'autre. S'il faut tirer une leçon des précédentes flambées de coronavirus, c'est qu'une occasion a été manquée d'accumuler des connaissances importantes qui auraient pu éclairer les interventions thérapeutiques pour la pandémie actuelle. Nous pensons que dans la lutte contre cette pandémie et la suivante, nous devons faire confiance au système immunitaire inné - après tout, les organismes le font depuis plus d'un demi-milliard d'années.

La recherche dans le laboratoire Ardolino est financée par des subventions des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), la Société de recherche sur le cancer (SRC) et le Joan Sealy Trust, et la recherche dans le laboratoire Auer est financée par des subventions des IRSC, de la SRC, du Institut ontarien de recherche sur le cancer, la Fondation Terry Fox et BioCanRx.

Conflit d'intérêt: Les auteurs ont déclaré qu'il n'existe aucun conflit d'intérêts.


17.4 Application de la génomique

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

L'introduction de projets de séquençage de l'ADN et de séquençage du génome entier, en particulier le projet du génome humain, a élargi l'applicabilité des informations sur les séquences d'ADN. De nombreux domaines, tels que la métagénomique, la pharmacogénomique et la génomique mitochondriale, utilisent la génomique. Comprendre et trouver des remèdes aux maladies est l'application la plus courante de la génomique.

Prédire le risque de maladie au niveau individuel

La prédiction du risque de maladie implique le dépistage des individus actuellement en bonne santé par analyse du génome au niveau individuel. Les professionnels de la santé peuvent recommander une intervention avec des changements de mode de vie et des médicaments avant l'apparition de la maladie. Cependant, cette approche est plus applicable lorsque le problème réside dans un seul défaut génétique. Ces défauts ne représentent qu'environ 5 pour cent des maladies dans les pays développés. La plupart des maladies courantes, telles que les maladies cardiaques, sont multifactorielles ou polygéniques, une caractéristique phénotypique impliquant deux gènes ou plus, ainsi que des facteurs environnementaux tels que l'alimentation. En avril 2010, des scientifiques de l'Université de Stanford ont publié l'analyse du génome d'un individu en bonne santé (Stephen Quake, un scientifique de l'Université de Stanford, qui a fait séquencer son génome. L'analyse a prédit sa propension à contracter diverses maladies. L'équipe médicale a effectué une évaluation des risques pour analyser le pourcentage de risque de Quake pour 55 conditions médicales différentes. L'équipe a trouvé une mutation génétique rare, qui a montré qu'il était à risque de crise cardiaque soudaine. Les résultats ont également prédit que Quake avait un risque de 23% de développer un cancer de la prostate et un 1,4% risque de développer la maladie d'Alzheimer. Les scientifiques ont utilisé des bases de données et plusieurs publications pour analyser les données génomiques. Même si le séquençage génomique devient de plus en plus abordable et les outils analytiques de plus en plus fiables, les chercheurs doivent encore aborder les questions éthiques entourant l'analyse génomique au niveau de la population.

Connexion visuelle

En 2011, le groupe de travail sur les services préventifs des États-Unis a recommandé de ne pas utiliser le test PSA pour dépister le cancer de la prostate chez les hommes en bonne santé. Leur recommandation est basée sur des preuves que le dépistage ne réduit pas le risque de décès par cancer de la prostate. Le cancer de la prostate se développe souvent très lentement et ne cause pas de problèmes, tandis que le traitement contre le cancer peut avoir des effets secondaires graves. Les PCA3 le test est plus précis, mais le dépistage peut toujours faire en sorte que des hommes qui n'auraient pas été blessés par le cancer lui-même souffrent d'effets secondaires du traitement. Qu'est-ce que tu penses? Tous les hommes en bonne santé devraient-ils subir un dépistage du cancer de la prostate en utilisant le PCA3 ou test PSA ? Les gens en général devraient-ils subir des dépistages pour savoir s'ils présentent un risque génétique de cancer ou d'autres maladies ?

Pharmacogénomique et toxicogénomique

La pharmacogénomique, ou toxicogénomique, consiste à évaluer l'efficacité et l'innocuité d'un médicament sur la base d'informations provenant de la séquence génomique d'un individu. Nous pouvons étudier les réponses génomiques aux médicaments en utilisant des animaux de laboratoire (tels que des rats ou des souris de laboratoire) ou des cellules vivantes en laboratoire avant de se lancer dans des études avec des humains. L'étude des changements dans l'expression des gènes pourrait fournir des informations sur le profil de transcription en présence du médicament, que nous pouvons utiliser comme indicateur précoce du potentiel d'effets toxiques. Par exemple, les gènes impliqués dans la croissance cellulaire et la mort cellulaire contrôlée, lorsqu'ils sont perturbés, pourraient conduire à la croissance de cellules cancéreuses. Des études à l'échelle du génome peuvent également aider à trouver de nouveaux gènes impliqués dans la toxicité des médicaments. Les professionnels de la santé peuvent utiliser des informations personnelles sur la séquence du génome pour prescrire des médicaments qui seront les plus efficaces et les moins toxiques en fonction du génotype du patient. Les signatures génétiques peuvent ne pas être complètement exactes, mais les professionnels de la santé peuvent les tester davantage avant que des symptômes pathologiques n'apparaissent.

Génomique microbienne : métagénomique

Traditionnellement, les chercheurs ont enseigné la microbiologie avec l'idée qu'il est préférable d'étudier les micro-organismes dans des conditions de culture pure. Cela implique d'isoler un seul type cellulaire et de le cultiver en laboratoire. Comme les micro-organismes peuvent traverser plusieurs générations en quelques heures, leurs profils d'expression génique s'adaptent très rapidement au nouvel environnement de laboratoire. De plus, la grande majorité des espèces bactériennes résistent à la culture isolée. La plupart des micro-organismes ne vivent pas comme des entités isolées, mais dans des communautés microbiennes ou des biofilms. Pour toutes ces raisons, la culture pure n'est pas toujours la meilleure façon d'étudier les micro-organismes. La métagénomique est l'étude des génomes collectifs de plusieurs espèces qui se développent et interagissent dans une niche environnementale. La métagénomique permet d'identifier plus rapidement de nouvelles espèces et d'analyser l'effet des polluants sur l'environnement (figure 17.16).

Génomique Microbienne : Création de Nouveaux Biocarburants

La connaissance de la génomique des micro-organismes est utilisée pour trouver de meilleures façons d'exploiter les biocarburants à partir d'algues et de cyanobactéries. Les principales sources de carburant sont aujourd'hui le charbon, le pétrole, le bois et d'autres produits végétaux, tels que l'éthanol. Bien que les plantes soient des ressources renouvelables, il est toujours nécessaire de trouver des sources d'énergie renouvelables alternatives pour répondre aux besoins énergétiques de notre population. Le monde microbien est l'une des plus grandes ressources de gènes qui codent de nouvelles enzymes et produisent de nouveaux composés organiques, et il reste largement inexploité. Les micro-organismes sont utilisés pour créer des produits, tels que des enzymes utilisées dans la recherche, des antibiotiques et d'autres mécanismes antimicrobiens. La génomique microbienne aide à développer des outils de diagnostic, des vaccins améliorés, de nouveaux traitements contre les maladies et des techniques avancées de nettoyage de l'environnement.

Génomique mitochondriale

Les mitochondries sont des organites intracellulaires qui contiennent leur propre ADN. L'ADN mitochondrial subit une mutation rapide et les scientifiques l'utilisent souvent pour étudier les relations évolutives. Une autre caractéristique qui rend l'étude du génome mitochondrial intéressante est que l'ADN mitochondrial dans la plupart des organismes multicellulaires passe de la mère pendant le processus de fécondation. Pour cette raison, les scientifiques utilisent souvent la génomique mitochondriale pour tracer la généalogie.

Les experts ont utilisé des informations et des indices provenant d'échantillons d'ADN sur les scènes de crime comme preuves dans des affaires judiciaires, et ils ont utilisé des marqueurs génétiques dans des analyses médico-légales. L'analyse génomique est également devenue utile dans ce domaine. La première publication présentant la première utilisation de la génomique en médecine légale est sortie en 2001. Il s'agissait d'une tentative de collaboration entre des instituts de recherche universitaires et le FBI pour résoudre les mystérieux cas d'anthrax communiqués via le service postal américain. À l'aide de la génomique microbienne, les chercheurs ont déterminé que le coupable utilisait une souche spécifique d'anthrax dans tous les envois.

Génomique en agriculture

La génomique peut réduire dans une certaine mesure les essais et les échecs impliqués dans la recherche scientifique, ce qui pourrait améliorer la qualité et la quantité des rendements agricoles. Lier les traits aux gènes ou aux signatures géniques aide à améliorer la sélection des cultures pour générer des hybrides avec les qualités les plus souhaitables. Les scientifiques utilisent des données génomiques pour identifier les traits souhaitables, puis transférer ces traits à un organisme différent. Les chercheurs découvrent comment la génomique peut améliorer la qualité et la quantité de la production agricole. Par exemple, les scientifiques pourraient utiliser des caractéristiques souhaitables pour créer un produit utile ou améliorer un produit existant, par exemple en rendant une culture sensible à la sécheresse plus tolérante à la saison sèche.


Conséquences et perspectives

Comment l'effort scientifique répond-il à la prise de conscience croissante que la composition et les activités de nos partenaires microbiens sont directement impliquées dans les processus biologiques clés qui définissent les concepts traditionnels du soi : de la réactivité de notre système immunitaire adaptatif à nos capacités cognitives et nos états émotionnels ainsi que la base génétique de notre phénotype individuel et de notre bonne santé ? Dans une large mesure, mais en aucun cas universelle, les sciences de la vie se réconcilient avec les idées stimulantes générées par la nouvelle discipline de la science du microbiome [7,29]. En effet, nous assistons à des investissements soutenus de la part d'organisations académiques, commerciales et de financement dans des centres de recherche sur le microbiome, des initiatives de financement, des conférences et des colloques. Les manuels sont en cours de révision et les cours magistraux remaniés pour tenir compte de la nouvelle biologie du microbiome. L'heure n'est pas au statu quo dans les sciences de la vie.

Une conséquence plus importante est que les implications de la science du microbiome s'étendent au-delà des sciences de la vie jusqu'aux sciences humaines (Fig 2). En effet, selon nous, le constat que les micro-organismes sont une partie constitutive de nous-mêmes appelle une nouvelle configuration de l'effort pour comprendre ce que signifie être humain – à ce jour le domaine quelque peu exclusif des sciences humaines.


Le dérèglement des cellules T chez les PVVIH et COVID-19

La phase aiguë de l'infection par le VIH est caractérisée par une baisse substantielle du nombre de lymphocytes T CD4+ périphériques tandis qu'en phase chronique, un déclin continu des lymphocytes T CD4+ est associé au développement du SIDA (Figure 1). En revanche, on observe une expansion des cellules T CD8+ qui est principalement due à une réponse cytotoxique épuisée envers le VIH, conduisant à un rapport CD4/CD8 inversé. Malgré le traitement antirétroviral, les PVVIH présentent toujours une activation immunitaire et une inflammation persistantes. Les expressions de CD38 et HLA-DR ainsi que la mort programmée -1 (PD-1) sont des biomarqueurs des cellules T activées, contribuant à l'épuisement des cellules T (36). Les cellules T CD4+ spécifiques du virus épuisées expriment la PD-1 à des niveaux élevés en corrélation avec la progression de la maladie, les charges virales et la réduction du nombre de cellules T CD4+ (37).

Figure 1 Nombre de lymphocytes CD4+ au cours d'une infection aiguë chez les personnes vivant avec le VIH (PVVIH) et la maladie à coronavirus-19 (COVID-19).

Par rapport aux témoins sains, tant chez les PVVIH aiguës que chroniques, le nombre absolu de cellules T régulatrices (Tregs) dans le sang circulant est diminué, mais le pourcentage de Tregs dans l'infection chronique est augmenté (38, 39), contribuant davantage à la formation de cellules T. dysfonctionnement. Les cellules T CD4+ intestinales dotées d'une fonction Th17 protectrice de la muqueuse sont rapidement épuisées (40), ce qui contribue au dysfonctionnement de la barrière muqueuse, entraînant une augmentation de la translocation microbienne et de l'activation immunitaire systémique (41). Malgré la diminution du sous-groupe de cellules T CD4+, le nombre de cellules et le pourcentage relatif de cellules folliculaires auxiliaires T circulantes (Tfh) ont augmenté dans le sang pendant la phase chronique de l'infection par le VIH (42, 43). Les cellules Tfh aident les cellules B dans le centre germinatif des organes lymphoïdes secondaires et sont essentielles à la génération de réponses anticorps neutralisantes et non neutralisantes efficaces dans l'infection par le VIH et seront essentielles pour générer un vaccin efficace (44). L'expansion et les caractéristiques altérées des cellules Tfh circulantes spécifiques et non spécifiques du VIH ne s'améliorent pas pendant le traitement antirétroviral et peuvent être dues à l'expression persistante de l'antigène du VIH (45). La suppression virale par ART a entraîné une réduction de l'expression des gènes associés aux cellules Tfh par rapport à la phase virémique, qui s'accompagne d'une expression constamment faible des gènes associés aux cellules Th17 par rapport aux personnes qui contrôlent spontanément la virémie (46).

La lymphopénie est une caractéristique des patients atteints de COVID-19 sévère (6, 10�, 17�, 21) et est associée à de mauvais résultats cliniques. La dynamique du nombre de lymphocytes CD4+ au cours de COVID-19 léger et sévère est illustrée à la figure 1. Les cellules T CD4+ auxiliaires jouent un rôle important dans la médiation de l'immunité humorale protectrice en stimulant les cellules B à produire des anticorps spécifiques au virus. D'autre part, les cellules T CD8+ sont responsables de l'élimination des cellules infectées, principalement par la production de perforine et de granzyme, et sont des acteurs clés dans le contrôle de différents types de virus par la sécrétion de cytokines. Le nombre de lymphocytes T CD4+ et CD8+ est réduit dans les cas graves de COVID-19 (10�, 17�, 21�). De même, une réduction du nombre de cellules B est également observée dans les cas graves de COVID-19 (14, 23). De plus, au sein du sous-ensemble de cellules T CD4+, une diminution du nombre de cellules T mémoire effectrices (CD45RO+) et de Tregs (CD25+CD127low) a été notée, tandis que la proportion de cellules T naïves (CD45RA+) a augmenté (16). La fréquence des Tregs, qui sont responsables du maintien de l'homéostasie immunitaire en supprimant l'activation et les fonctions pro-inflammatoires, était très faible dans les cas graves. De plus, une recirculation relative accrue des cellules activées CXCR5+PD-1 à haute teneur en CD4+ Tfh est observée dans les cas graves de COVID-19.

Les cellules T CD4+ dans COVID-19 sont activées comme caractérisé par l'expression de marqueurs cellulaires tels que HLA-DR, CD25, CD38 et Ki-67 (47). Un épuisement des cellules T basé sur une augmentation des marqueurs inhibiteurs tels que les récepteurs PD-1 et TIM-3 sur les cellules T périphériques a également été signalé (47�). Des études ont démontré que les diminutions de la polyfonctionnalité (sécrétion de cytokines multiples) et de la cytotoxicité des lymphocytes T étaient corrélées à la progression de la maladie (21, 49). Contrairement au VIH, une étude a démontré une augmentation du nombre de cellules Th17 dans le sang périphérique chez les patients COVID-19 (50). Chez les patients hospitalisés par rapport aux patients non hospitalisés, Mathew et al. ont trouvé une proportion accrue de cellules auxiliaires folliculaires cytotoxiques et de cellules auxiliaires T cytotoxiques répondant au SRAS-CoV-2 et une proportion réduite de cellules Treg réactives au SRAS-CoV-2 (47). Des cellules CD4+  et CD8+ T  spécifiques au SRAS-CoV-2 élevées étaient chacune associées à une maladie plus bénigne, favorisant des rôles importants pour les cellules CD4+਎t CD8+ T T T dans l'immunité protectrice dans le COVID- 19 (51). De plus, l'absence de ces cellules spécifiques au virus entraîne des réponses immunitaires spécifiques à l'antigène non coordonnées et un échec à contrôler le COVID-19, principalement chez les personnes âgées avec des cellules T CD4+ à faible taux de naïf. De même, les PVVIH ne sont pas en mesure de produire une réponse cellulaire efficace des cellules CD4+  et CD8+ T spécifiques au VIH, à l'exception des contrôleurs du VIH qui peuvent maintenir des niveaux de virémie indétectables ou faibles même s'ils ne sont pas sous TAR (46, 52, 53). Les caractéristiques des différents types de cellules sanguines périphériques chez les PVVIH et le COVID-19 sévère sont illustrées à la figure 2.

Figure 2 Les changements de différents types de cellules sanguines périphériques dans le VIH et la maladie grave à coronavirus-19 (COVID-19).Dans l'infection au COVID-19 et au VIH, le nombre total de cellules tueuses naturelles, de cellules B, de cellules T CD4+, de cellules T régulatrices, de cellules mémoire T et B diminue, tandis que le nombre de cellules auxiliaires folliculaires augmente. Ces changements communs entre le VIH et le COVID-19 ont été montrés dans le cercle central. Cependant, des changements distincts ont été observés dans le nombre total de macrophages, de lymphocytes T CD8+, de lymphocytes Th17 et de lymphocytes T naïfs entre les personnes vivant avec le VIH (PVVIH) et le COVID-19 sévère. (La flèche rouge indique une diminution du nombre de cellules, la flèche bleue indique une augmentation du nombre de cellules).


3.6 Différenciation cellulaire

Comment un organisme complexe tel qu'un humain se développe-t-il à partir d'une seule cellule - un ovule fécondé - dans la vaste gamme de types cellulaires tels que les cellules nerveuses, les cellules musculaires et les cellules épithéliales qui caractérisent l'adulte ? Tout au long du développement et de l'âge adulte, le processus de différenciation cellulaire conduit les cellules à assumer leur morphologie et leur physiologie finales. La différenciation est le processus par lequel des cellules non spécialisées se spécialisent pour exécuter des fonctions distinctes.

UNE cellule souche est une cellule non spécialisée qui peut se diviser sans limite selon les besoins et peut, dans des conditions spécifiques, se différencier en cellules spécialisées. Les cellules souches sont divisées en plusieurs catégories selon leur potentiel de différenciation.

Les premières cellules embryonnaires issues de la division du zygote sont les cellules souches ultimes. Ces cellules souches sont décrites comme totipotent car ils ont le potentiel de se différencier en n'importe laquelle des cellules nécessaires à la croissance et au développement d'un organisme.

Les cellules embryonnaires qui se développent à partir de cellules souches totipotentes et sont des précurseurs des couches tissulaires fondamentales de l'embryon sont classées comme pluripotent. Une cellule souche pluripotente est une cellule qui a le potentiel de se différencier en n'importe quel type de tissu humain mais ne peut pas soutenir le développement complet d'un organisme. Ces cellules deviennent alors légèrement plus spécialisées et sont appelées multipotent cellules.

Une cellule souche multipotente a le potentiel de se différencier en différents types de cellules au sein d'une lignée cellulaire donnée ou d'un petit nombre de lignées, comme un globule rouge ou un globule blanc.

Enfin, les cellules multipotentes peuvent devenir d'autres cellules oligopotentes spécialisées. Un oligopotent la cellule souche est limitée à devenir l'un des quelques types de cellules différents. En revanche, un unipotent La cellule est entièrement spécialisée et ne peut se reproduire que pour générer davantage de son propre type de cellule spécifique.

Les cellules souches sont uniques en ce qu'elles peuvent également se diviser et régénérer continuellement de nouvelles cellules souches au lieu de se spécialiser davantage. Il existe différentes cellules souches présentes à différentes étapes de la vie d'un être humain. Ils comprennent les cellules souches embryonnaires de l'embryon, les cellules souches fœtales du fœtus et les cellules souches adultes chez l'adulte. Un type de cellule souche adulte est la cellule souche épithéliale, qui donne naissance aux kératinocytes dans les multiples couches de cellules épithéliales de l'épiderme de la peau. La moelle osseuse adulte contient trois types distincts de cellules souches : les cellules souches hématopoïétiques (qui donnent naissance aux globules rouges, les globules blancs et les plaquettes), les cellules souches endothéliales (qui donnent naissance aux types de cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins et lymphatiques) , et les cellules souches mésenchymateuses (qui donnent naissance aux différents types de cellules musculaires).

Le processus d'hématopoïèse implique la différenciation de cellules multipotentes en cellules sanguines et immunitaires. Les cellules souches hématopoïétiques multipotentes donnent naissance à de nombreux types cellulaires différents, notamment les cellules du système immunitaire et les globules rouges.

Différenciation

Lorsqu'une cellule se différencie (devient plus spécialisée), elle peut entreprendre des changements majeurs dans sa taille, sa forme, son activité métabolique et sa fonction globale. Puisque toutes les cellules du corps, à commencer par l'ovule fécondé, contiennent le même ADN, comment les différents types de cellules en sont-ils devenus si différents ? La réponse est analogue à un script de film. Les différents acteurs d'un film lisent tous le même script, cependant, ils ne lisent chacun que leur propre partie du script. De même, toutes les cellules contiennent le même complément complet d'ADN, mais chaque type de cellule ne « lit » que les portions d'ADN qui sont pertinentes pour sa propre fonction. En biologie, on parle d'expression génétique unique de chaque cellule.

Pour qu'une cellule se différencie dans sa forme et sa fonction spécialisées, il lui suffit de manipuler les gènes (et donc les protéines) qui seront exprimés, et non ceux qui resteront silencieux. Le principal mécanisme par lequel les gènes sont activés ou désactivés est le fait de facteurs de transcription.

Alors que chaque cellule du corps contient l'intégralité du génome de l'organisme, différentes cellules régulent l'expression des gènes à l'aide de divers facteurs de transcription. Les facteurs de transcription sont des protéines qui affectent la liaison de l'ARN polymérase à un gène particulier sur la molécule d'ADN.

Connexion quotidienne: Recherche sur les cellules souches

La recherche sur les cellules souches vise à trouver des moyens d'utiliser les cellules souches pour régénérer et réparer les dommages cellulaires. Au fil du temps, la plupart des cellules adultes subissent l'usure du vieillissement et perdent leur capacité à se diviser et à se réparer. Les cellules souches n'affichent pas une morphologie ou une fonction particulière. Les cellules souches adultes, qui existent sous la forme d'un petit sous-ensemble de cellules dans la plupart des tissus, continuent de se diviser et peuvent se différencier en un certain nombre de cellules spécialisées généralement formées par ce tissu. Ces cellules permettent au corps de renouveler et de réparer les tissus corporels.

Les mécanismes qui induisent une cellule non différenciée à devenir une cellule spécialisée sont mal compris. En laboratoire, il est possible d'inciter les cellules souches à se différencier en cellules spécialisées en modifiant les conditions physiques et chimiques de croissance. Plusieurs sources de cellules souches sont utilisées expérimentalement et sont classées selon leur origine et leur potentiel de différenciation. Les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) sont extraites d'embryons et sont pluripotentes. Les cellules souches adultes présentes dans de nombreux organes et tissus différenciés, tels que la moelle osseuse et la peau, sont multipotentes, leur différenciation étant limitée aux types de cellules présentes dans ces tissus. Les cellules souches isolées du sang du cordon ombilical sont également multipotentes, tout comme les cellules des dents de lait (dents de lait). Des chercheurs ont récemment développé des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) à partir de cellules souches adultes murines et humaines. Ces cellules sont des cellules adultes multipotentes génétiquement reprogrammées qui fonctionnent comme des cellules souches embryonnaires, elles sont capables de générer des cellules caractéristiques des trois couches germinales.

En raison de leur capacité à se diviser et à se différencier en cellules spécialisées, les cellules souches offrent un traitement potentiel pour des maladies telles que le diabète et les maladies cardiaques (figure 3.6.1). La thérapie cellulaire fait référence à un traitement dans lequel des cellules souches induites à se différencier dans une boîte de croissance sont injectées à un patient pour réparer des cellules ou des tissus endommagés ou détruits. De nombreux obstacles doivent être surmontés pour l'application de la thérapie cellulaire. Bien que les cellules souches embryonnaires aient une gamme presque illimitée de potentiel de différenciation, elles sont considérées comme étrangères par le système immunitaire du patient et peuvent déclencher un rejet. Aussi, la destruction d'embryons pour isoler des cellules souches embryonnaires soulève des questions éthiques et juridiques considérables.

Figure 3.6.1 – Cellules souches : La capacité des cellules souches à se différencier en cellules spécialisées les rend potentiellement utiles dans des applications thérapeutiques conçues pour remplacer les cellules endommagées de différents tissus corporels.

En revanche, les cellules souches adultes isolées d'un patient ne sont pas considérées comme étrangères par l'organisme, mais elles ont une plage de différenciation limitée. Certaines personnes mettent en banque le sang de cordon ou les dents de lait de leur enfant, stockant ces sources de cellules souches pour une utilisation future, si leur enfant en a besoin. Les cellules souches pluripotentes induites sont considérées comme une avancée prometteuse dans le domaine car leur utilisation évite les pièges juridiques, éthiques et immunologiques des cellules souches embryonnaires.

Revue de chapitre

L'un des principaux domaines de recherche en biologie est de savoir comment les cellules se spécialisent pour assumer leurs structures et fonctions uniques, puisque toutes les cellules proviennent essentiellement d'un seul ovule fécondé. La différenciation cellulaire est le processus par lequel les cellules se spécialisent au fur et à mesure que leur corps se développe. Une cellule souche est une cellule non spécialisée qui peut se diviser sans limite selon les besoins et peut, dans des conditions spécifiques, se différencier en cellules spécialisées. Les cellules souches sont divisées en plusieurs catégories selon leur potentiel de différenciation. Alors que toutes les cellules somatiques contiennent exactement le même génome, différents types de cellules n'expriment que certains de ces gènes à un moment donné. Ces différences dans l'expression des gènes dictent en fin de compte les caractéristiques morphologiques et physiologiques uniques d'une cellule. Le principal mécanisme qui détermine quels gènes seront exprimés et lesquels ne le seront pas, est l'utilisation de différentes protéines de facteur de transcription, qui se lient à l'ADN et favorisent ou entravent la transcription de différents gènes. Grâce à l'action de ces facteurs de transcription, les cellules se spécialisent dans l'un des centaines de types cellulaires différents du corps humain.


Tout ce que vous devez savoir sur le fer

Le fer est un minéral essentiel au bon fonctionnement de l'hémoglobine, une protéine nécessaire au transport de l'oxygène dans le sang. Le fer a également un rôle dans une variété d'autres processus importants dans le corps.

Une pénurie de fer dans le sang peut entraîner une série de problèmes de santé graves, notamment une anémie ferriprive. Aux États-Unis, environ 10 millions de personnes ont de faibles niveaux de fer, et environ 5 millions d'entre elles ont été diagnostiquées avec une anémie ferriprive.

Cette Centre de connaissances MNT Cette fonctionnalité fait partie d'une collection d'articles sur les bienfaits pour la santé des vitamines et minéraux populaires. Il fournit un examen approfondi de l'apport recommandé en fer, de ses avantages possibles pour la santé, des aliments riches en fer et des risques potentiels pour la santé liés à une consommation excessive de fer.

Partager sur Pinterest L'âge et le sexe d'une personne peuvent affecter la quantité de fer dont elle a besoin dans son alimentation.

L'apport journalier recommandé (AJR) pour le fer élémentaire dépend de l'âge et du sexe de la personne. Les végétariens ont également des besoins en fer différents.

  • 9 à 13 ans : 8 mg
  • 14 à 18 ans : 15 mg
  • 19 à 50 ans : 18 mg
  • 51 ans et plus : 8 mg
  • Pendant la grossesse : 27 mg
  • En cas d'allaitement entre 14 et 18 ans : 10 mg
  • En cas d'allaitement à plus de 19 ans : 9 mg

Les suppléments de fer peuvent être utiles lorsque les gens ont du mal à absorber suffisamment de fer uniquement par des mesures diététiques, comme dans le cadre d'un régime à base de plantes. Il est préférable d'essayer d'en consommer suffisamment dans l'alimentation seule en éliminant ou en réduisant les facteurs qui peuvent entraver l'absorption du fer et en consommant des aliments riches en fer.

En effet, de nombreux aliments riches en fer contiennent également une gamme d'autres nutriments bénéfiques qui agissent ensemble pour soutenir la santé globale.

Le fer aide à préserver de nombreuses fonctions vitales dans le corps, y compris l'énergie et la concentration générales, les processus gastro-intestinaux, le système immunitaire et la régulation de la température corporelle.

Les bienfaits du fer passent souvent inaperçus jusqu'à ce qu'une personne n'en consomme pas assez. L'anémie ferriprive peut causer de la fatigue, des palpitations cardiaques, une peau pâle et un essoufflement.

Grossesse en santé

Le volume sanguin et la production de globules rouges augmentent considérablement pendant la grossesse pour fournir au fœtus en croissance de l'oxygène et des nutriments. En conséquence, la demande de fer augmente également. Alors que le corps maximise généralement l'absorption du fer pendant la grossesse, un apport en fer insuffisant ou d'autres facteurs affectant la façon dont le fer est absorbé peuvent entraîner une carence en fer.

Un faible apport en fer pendant la grossesse augmente le risque d'accouchement prématuré et de faible poids à la naissance, ainsi que de faibles réserves de fer et une altération du développement cognitif ou comportemental chez les nourrissons. Les femmes enceintes à faible teneur en fer peuvent être plus sujettes aux infections, car le fer soutient également le système immunitaire.

Il est clair que des suppléments de fer sont nécessaires pour les femmes enceintes et carencées en fer. Cependant, des recherches sont en cours sur la possibilité de recommander du fer supplémentaire à toutes les femmes enceintes, même celles ayant des niveaux de fer normaux. Il est avancé que toutes les femmes enceintes devraient prendre 30 à 60 milligrammes (mg) de suppléments de fer chaque jour de leur grossesse, quel que soit leur taux de fer.

Énergie

Une insuffisance de fer dans l'alimentation peut affecter l'efficacité avec laquelle le corps utilise l'énergie. Le fer transporte l'oxygène vers les muscles et le cerveau et est crucial pour les performances mentales et physiques. De faibles niveaux de fer peuvent entraîner un manque de concentration, une irritabilité accrue et une endurance réduite.

De meilleures performances sportives

La carence en fer est plus fréquente chez les athlètes, en particulier les jeunes athlètes féminines, que chez les personnes qui ne mènent pas une vie active.

Cela semble être particulièrement vrai chez les athlètes féminines d'endurance, telles que les coureuses de longue distance. Certains experts suggèrent que les athlètes féminines d'endurance devraient ajouter 10 mg supplémentaires de fer élémentaire par jour à la RDA actuelle pour l'apport en fer.

La carence en fer chez les athlètes diminue les performances athlétiques et affaiblit l'activité du système immunitaire. Un manque d'hémoglobine peut réduire considérablement les performances pendant l'effort physique, car il diminue la capacité du corps à transporter l'oxygène vers les muscles.

Le fer a une faible biodisponibilité, ce qui signifie que l'intestin grêle n'absorbe pas facilement de grandes quantités. Cela diminue sa disponibilité pour l'utilisation et augmente la probabilité de carence.

L'efficacité de l'absorption dépend d'une série de facteurs, notamment :

  • la source de fer
  • autres composants de l'alimentation
  • santé gastro-intestinale
  • utilisation de médicaments ou de suppléments
  • le statut global en fer d'une personne
  • présence de promoteurs de fer , tels que la vitamine C

Dans de nombreux pays, les produits à base de blé et les préparations pour nourrissons sont enrichis en fer.

Il existe deux types de fer alimentaire, appelé hémique et non hémique. Les sources animales de nourriture, y compris la viande et les fruits de mer, contiennent du fer hémique. Le fer hémique est plus facilement absorbé par l'organisme.

Le fer non hémique, le type que l'on trouve dans les plantes, nécessite que le corps prenne plusieurs mesures pour l'absorber. Les sources végétales de fer comprennent les haricots, les noix, le soja, les légumes et les céréales enrichies.

La biodisponibilité du fer hémique d'origine animale peut atteindre 40 pour cent. Le fer non hémique provenant de sources végétales, cependant, a une biodisponibilité comprise entre 2 et 20 pour cent. Pour cette raison, le RDA pour les végétariens est 1,8 fois plus élevé que pour ceux qui mangent de la viande pour compenser le niveau d'absorption plus faible des aliments à base de plantes.

Consommer des aliments riches en vitamine C avec des sources de fer non hémiques peut augmenter considérablement l'absorption du fer.

Lorsque vous suivez un régime végétarien, il est également important de tenir compte des composants des aliments et des médicaments qui bloquent ou réduisent l'absorption du fer, tels que :

  • inhibiteurs de la pompe à protons et oméprazole, utilisés pour réduire l'acidité du contenu de l'estomac
  • polyphénols dans les céréales et les légumineuses, ainsi que dans les épinards
  • tanins dans le café, le thé, du vin et certaines baies
  • phosphates dans les boissons gazeuses, comme le soda
  • phytates dans les haricots et les céréales

Certaines des meilleures sources de fer comprennent :

  • Palourdes en conserve : 3 onces (oz) fournissent 26 milligrammes (mg) de fer.
  • Avoine enrichie, nature et sèche : 100 g fournissent 24,72 mg.
  • Haricots blancs: Une tasse fournit 21.09.
  • Chocolat noir (45 à 69 pour cent de cacao) : Une barre fournit 12,99 mg.
  • Huîtres du Pacifique cuites : 3 oz fournit 7,82 mg.
  • Epinards cuits : Une tasse fournit 6,43 mg.
  • Foie de boeuf: 3 oz fournit 4,17 mg.
  • Lentilles bouillies et égouttées : Une demi-tasse fournit 3,3 mg.
  • Tofu ferme: Une demi-tasse fournit 2,03 mg.
  • Pois chiches bouillis et égouttés : Une demi-tasse fournit 2,37 mg.
  • Tomates en conserve, compotées : Une demi-tasse fournit 1,7 mg.
  • Boeuf haché maigre: 3 oz fournit 2,07 mg.
  • Pomme de terre moyenne au four : Cela fournit 1,87 mg.
  • Noix de cajou grillées : 3 oz fournit 2 mg.

Le calcium peut ralentir l'absorption du fer hémique et non hémique. Dans la plupart des cas, un régime alimentaire typique et varié de style occidental est considéré comme équilibré en termes d'activateurs et d'inhibiteurs de l'absorption du fer.

Chez les adultes, les doses de supplémentation orale en fer peuvent atteindre 60 à 120 mg de fer élémentaire par jour. Ces doses s'appliquent généralement aux femmes enceintes et gravement carencées en fer. Les maux d'estomac sont un effet secondaire courant de la supplémentation en fer, il peut donc être utile de diviser les doses tout au long de la journée.

Les adultes ayant un système digestif sain ont un très faible risque de surcharge en fer provenant de sources alimentaires.

Les personnes atteintes d'une maladie génétique appelée hémochromatose courent un risque élevé de surcharge en fer, car elles absorbent beaucoup plus de fer dans les aliments que les personnes non atteintes.

Cela peut entraîner une accumulation de fer dans le foie et d'autres organes. Il peut également provoquer la création de radicaux libres qui endommagent les cellules et les tissus, y compris le foie, le cœur et le pancréas, augmentant ainsi le risque de certains cancers.

La prise fréquente de suppléments de fer contenant plus de 20 mg de fer élémentaire à la fois peut provoquer des nausées, des vomissements et des douleurs à l'estomac, surtout si le supplément n'est pas pris avec de la nourriture. Dans les cas graves, les surdoses de fer peuvent entraîner une défaillance organique, une hémorragie interne, un coma, des convulsions et même la mort.

Il est important de garder les suppléments de fer hors de portée des enfants afin de réduire le risque de surdose mortelle.

Selon Poison Control, l'ingestion accidentelle de suppléments de fer était la cause la plus fréquente de décès par surdose de médicaments chez les enfants de moins de 6 ans jusqu'aux années 1990.

Des changements dans la fabrication et la distribution de suppléments de fer ont contribué à réduire les surdoses accidentelles de fer chez les enfants, telles que le remplacement des enrobages de sucre sur les comprimés de fer par des pelliculages, l'utilisation de capsules de bouteilles à l'épreuve des enfants et l'emballage individuel de fortes doses de fer. Un seul décès par surdose de fer a été signalé entre 1998 et 2002.

Certaines études ont suggéré qu'un apport excessif en fer peut augmenter le risque de cancer du foie. D'autres recherches montrent que des niveaux élevés de fer peuvent augmenter le risque de diabète de type 2.

Plus récemment, des scientifiques ont commencé à étudier le rôle possible de l'excès de fer dans le développement et la progression de maladies neurologiques, telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. Le fer peut également avoir un rôle dommageable direct dans les lésions cérébrales résultant d'un saignement dans le cerveau. Des recherches sur des souris ont montré que des états élevés en fer augmentent le risque d'arthrose.

Les suppléments de fer peuvent réduire la disponibilité de plusieurs médicaments, dont la lévodopa, qui est utilisée pour traiter le syndrome des jambes sans repos et la maladie de Parkinson et la lévothyroxine, qui est utilisée pour traiter une thyroïde qui fonctionne mal.

Les inhibiteurs de la pompe à protons (IPP) utilisés pour traiter la maladie de reflux peuvent réduire la quantité de fer qui peut être absorbée par le corps à partir des aliments et des suppléments.

Discutez de la prise d'un supplément de fer avec un médecin ou un professionnel de la santé, car certains des signes de surcharge en fer peuvent ressembler à ceux d'une carence en fer.L'excès de fer peut être dangereux et les suppléments de fer ne sont pas recommandés, sauf en cas de carence diagnostiquée ou lorsqu'une personne présente un risque élevé de développer une carence en fer.

Il est préférable d'obtenir un apport et un statut en fer optimaux par l'alimentation plutôt que par des suppléments. Cela peut aider à minimiser le risque de surdosage en fer et à assurer un bon apport des autres nutriments présents aux côtés du fer dans les aliments.


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Sylvia Cremer a défini l'immunité sociale dans sa séminale 2007 Biologie actuelle présentent « Immunité sociale » comme « l'action collective ou les comportements altruistes des individus infectés qui profitent à la colonie ». Elle a présenté un cadre conceptuel pour le sujet en utilisant des exemples de primates et d'insectes eusociaux. [1] [2] La définition de Cremer s'est concentrée sur les avantages collectifs des comportements et a été adoptée par d'autres écologistes comportementaux (par exemple Wilson-Rich 2009 [3] ) pour décrire les phénomènes immunitaires qui dépendaient de l'action de plusieurs individus. [1] [2] Cremer a ensuite développé une série de comparaisons entre les systèmes immunitaires personnels et sociaux - elle a expliqué que sa définition de l'immunité sociale englobait "la nature de ces défenses selon lesquelles elles ne peuvent pas être exécutées efficacement par des individus isolés, mais dépendent strictement sur la coopération d'au moins deux personnes". [4] Cependant, en 2010, Sheena Cotter et Rebecca Kilner ont proposé d'élargir la définition de l'immunité sociale à « tout type de réponse immunitaire qui a été sélectionné pour augmenter la forme physique de l'individu défié et d'un ou plusieurs receveurs », et ont recommandé que les phénomènes décrits par Cremer soient connus sous le nom d'immunité collective. [5] Cette définition accorde de l'importance à l'origine évolutive des comportements plutôt qu'à leur rôle fonctionnel à l'heure actuelle. investissement dans l'immunité personnelle, arguant que cela a permis aux enquêtes sur l'évolution de l'immunité sociale d'avoir une "plus grande profondeur que ce qui serait autrement possible". [5] Ils ont en outre suggéré que l'évolution de l'immunité sociale soit considérée comme l'une des transitions majeures de l'évolution. [5] Joël Meunier a proposé une redéfinition supplémentaire dans son article de 2015 sur le rôle de l'immunité sociale dans l'évolution de la vie en groupe, suggérant que la définition de Cotter et Kilner pourrait englober de manière problématique les défenses immunitaires qui surviennent non pas en raison de la vie sociale mais en raison d'un emplacement partagé Meunier définit un système immunitaire social comme « tout mécanisme collectif et personnel qui a émergé et/ou est maintenu au moins en partie grâce à la défense antiparasitaire qu'il fournit aux autres membres du groupe ». [1]

Lors de l'exposition à un parasite, les membres du groupe doivent à la fois évaluer la menace qu'il représente et le niveau actuel d'infection de la colonie afin de réagir de manière appropriée. Les mécanismes de l'immunité sociale sont souvent classés selon le stade de l'attaque du parasite sur un groupe d'organismes qu'ils ciblent. [1] Certains mécanismes sont prophylactiques (par exemple, enterrer les coléoptères enduisant leurs carcasses d'antimicrobiens ou les termites fumant leurs nids avec du naphtalène) tandis que d'autres sont activés en réponse à un défi parasitaire (par exemple, l'emprisonnement des coléoptères parasites par les abeilles ou par le coupe-feuille miniature « auto-stop » fourmis qui voyagent sur des feuilles d'ouvrières plus grandes pour combattre les mouches parasitoïdes). [6]

Chez les insectes Modifier

Pour qu'un parasite réussisse à infecter plusieurs membres d'un groupe d'insectes, il doit accomplir trois tâches clés :

  1. être pris de l'environnement extra-nid dans le nid
  2. s'installer dans le nid
  3. se multiplier et se propager à de nombreux autres membres du groupe d'insectes

Les mécanismes d'immunité sociale sont ainsi souvent classés selon la ou les étapes qu'ils entravent et/ou bloquent. [1] Les niveaux de sociabilité à travers la classe Insecta vont des espèces eusociales (avec des soins coopératifs à la couvée, des générations qui se chevauchent au sein d'une colonie d'adultes et une division du travail en castes reproductrices et non reproductrices) à la vie solitaire, avec de nombreux systèmes intermédiaires entre les deux qui, malgré l'absence d'eusocialité complète, peuvent encore présenter des soins parentaux ou une cohabitation de nid. Différents systèmes d'organisation sociale modifient à la fois la possibilité et le rapport coût-bénéfice des mécanismes immunitaires sociaux (par exemple, garder l'entrée du nid nécessite à la fois une division du travail, tandis que l'allogroomage nécessite simplement des interactions comportementales), bien que l'absence de nombreux comportements actuellement enregistrés uniquement dans les taxons eusociaux des taxons non-eusociaux peuvent simplement être dus à un manque d'étude des systèmes immunitaires sociaux de ces groupes. [1] Par exemple, il semble plausible que les insectes vivant dans des sites de nidification communs puissent évoluer pour retirer les cadavres de leurs congénères du nid ou pour isoler un membre du groupe infecté - et pourtant ces comportements (et bien d'autres) n'ont été enregistrés que chez les espèces eusociales. [1] Alternativement, il se peut que, bien que les trois conditions de l'eusocialité en elles-mêmes ne soient pas des conditions préalables à l'émergence de ces comportements, les conséquences secondaires de l'eusocialité le sont. Peut-être que le grand nombre d'individus dans les colonies eusociales augmente l'efficacité des défenses antiparasitaires collectives et ainsi leur émergence commence à être sélectionnée ou peut-être que la prépondérance d'individus non reproducteurs est un moteur nécessaire à l'évolution de ces comportements, comme dans une colonie attaquée par un parasite, ils ne peuvent augmenter leur fitness qu'indirectement via une immunité sociale dirigée contre le couvain de la reine. [1]

L'absence de défenses collectives dans certains taxons eusociaux montre également que l'immunité sociale peut également ne pas toujours être adaptative (en raison des coûts du cycle vital ou de l'inefficacité contre la stratégie infectieuse d'un parasite particulier), et que vivre en groupe ne nécessite pas l'expression d'un ensemble de mécanismes d'immunité sociale. Par exemple, les termites ouvriers (Zootermopsis angusticollis) ne font pas de distinction entre les congénères infectés et non infectés, les colonies de fourmis pharaons (Monomorium pharaonis) choisissent de se déplacer dans des nids infectés plutôt que dans des nids non infectés et des fourmis des bois reines (Formica paralugubris) ne sont pas repoussés mais attirés par les habitats contaminés par des champignons entamopathogènes. [1]

Inhiber l'absorption des parasites dans le nid Modifier

Un parasite peut être transporté passivement dans un nid par un membre du groupe ou peut rechercher activement le nid une fois à l'intérieur, la transmission du parasite peut être verticale (de la colonie mère à fille à la génération suivante) ou horizontale (entre/au sein des colonies). [2] Chez les insectes eusociaux, la défense la plus fréquente contre l'absorption de parasites dans le nid est de prévenir l'infection pendant et/ou après la recherche de nourriture, [1] et un large éventail de mécanismes actifs et prophylactiques ont évolué à cette fin. [1] [2]

  • Nid gardiens d'abeilles (Apis) protègent le nid non seulement des prédateurs, mais aussi des parasites - [1][2] les abeilles infectées par le syndrome du noir sans poils sont attaquées par des abeilles en bonne santé qui mâchent vigoureusement avec leurs mandibules partout dans l'exosquelette de l'abeille infectée. [7] Dans une étude, les attaques ont duré jusqu'à 478 secondes (moyenne de 62 secondes) avec des niveaux globaux de comportement d'attaque cycliques (niveaux les plus élevés entre 12h00 et 16h00 chaque jour, culminant tous les 4 à 12 jours). [7] Les abeilles infectées par la paralysie chronique des abeilles sont sujettes à un niveau plus élevé de comportements agressifs que les intrus ou les compagnons de ruche. [8]
  • Les ouvrières de la fourmi coupe-feuille tropicale qui ramènent des fragments de feuilles au nid risquent d'être attaquées par des mouches parasitodicphorides, qui se posent souvent sur des fragments de feuilles et procèdent ensuite à la ponte (ponte) dans la tête de la fourmi. [9] Pour aider à lutter contre cela, les petits travailleurs (minimums) dans au moins sept espèces de Atta faire de l'auto-stop sur les feuilles, dissuadant les attaques de parasitoïdes. [6] De nombreuses fonctions supplémentaires possibles de l'auto-stop ont été proposées, dont certaines pertinentes pour l'immunité sociale, il existe des preuves que la fonction principale des minims d'auto-stop est en fait d'inspecter et de nettoyer les fragments de feuilles avant leur entrée dans la colonie, en éliminant les parasites microbiens et les contaminants . [6]
  • Les butineurs individuels peuvent également éviter d'attraper des parasites en évitant les habitats contaminés, tels que les termites souterrains Reticulitermes tibialis qui évite les sources de nourriture contaminées par le nématode entomogèneSteinernema feutré.[10] Un autre termite, Macrotermes michaelseni, évite les champignons entompathogènes Metarhizium anisopliae et Bassine de Beauvéria et la répulsion est positivement corrélée avec la virulence du champignon particulier (les champignons très virulents induisent également l'évitement à une certaine distance). [11]
  • De même, les individus peuvent inhiber l'absorption du parasite en s'abstenant de consommer des congénères infectés. Les fourmis argentines (Linepithema humile) et les fourmis des champs (Lasius aliénus) détectent tous deux les « facteurs de dissuasion des fourmis » chimiques produits de manière adaptative par les bactéries entamopathogènes et évitent ainsi les cadavres infectés [12]R. tibalis ne cannibalise pas les congénères infectés par M. anisopliae.[13]

L'aversion à consommer ou à entrer en contact avec du matériel contaminé existe également chez les espèces présociales, par exemple les sauterelles migratrices en phase grégaire Mélanoplus sanguinipes évite de consommer des cadavres de congénères infectés par des champignons entomoparasites. Les scarabées femelles (Nicrophorus vespilloides) choisir des carcasses fraîches plutôt que des carcasses dégradées recouvertes de microbes pour se reproduire - bien que cela puisse également avoir évolué pour permettre une réduction de la compétition post-éclosion entre les juvéniles et les microbes sur la carcasse. [14]

Il est actuellement difficile de savoir si ces comportements aversifs ont évolué et/ou sont maintenus en raison des interactions sociales - l'augmentation de la forme physique directe que confère le fait d'éviter les matériaux contaminés signifie que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer les avantages indirects de la forme physique du direct. [1]

Inhiber l'établissement du parasite dans le nid Modifier

Une fois qu'un parasite est entré dans le nid, les colonies doivent maintenant empêcher l'établissement du parasite - ceci est particulièrement important pour les sociétés à longue durée de vie qui sans cela accumuleraient une charge parasitaire élevée. [2] Chez les insectes eusociaux, les mécanismes les plus courants pour arrêter l'établissement consistent à désinfecter le nid et à intégrer des substances ayant une activité antimicrobienne dans le matériau du nid - comportements d'hygiène du nid. [1] [2] Les exemples incluent :

    Dans la lignée des fourmis, une glande thoracique antimicrobienne unique, la glande métapleurale, a évolué. [15] Ses sécrétions acides ont une activité antibactérienne et antifongique sont déployées par les fourmis pour se protéger (immunité personnelle) et d'autres adultes, ainsi que le couvain vulnérable et le substrat du nid. [16] Il a été observé chez les fourmis coupeuses de feuilles et les fourmis tisserandes que les couvées élevées par des adultes avec des glandes antimicrobiennes non fonctionnelles sont plus sensibles à Métarhizium, en outre, le matériel du nid entretenu par des ouvrières avec des glandes antimicrobiennes non fonctionnelles était plus susceptible d'être envahi par des champignons. [16] Le termite souterrain de Formose (Coptotermes formosanus(Zootermopsis angusticollis) diminuer immédiatement le taux de M. anisopliae germination des spores lorsqu'elles sont déposées dans les chambres de nidification et les galeries. [18] La fourmi des bois (Formica paralugubris) incorpore de la résine de conifère solidifiée dans son nid (jusqu'à 7 g de résine par litre de matériau de nid), ce qui inhibe la croissance des bactéries et des champignons. [19] Les terpènes dans la résine de conifère fournissent probablement l'activité antimicrobienne, [19] comme ils le font dans les sécrétions antifongiques de la caste des soldats Nasutitermes termites. [20]

Certains insectes non eusociaux assainissent également leurs nids : la blatte des bois (Cryptocercus punctulatus) défèque couramment à l'intérieur du nid (cette espèce niche dans du bois en décomposition, qui a souvent une densité microbienne élevée), et les matières fécales ont une activité antifongique contre M. anisopliae, éventuellement médiée par des microbes. [34] Les galeries construites dans les épinettes par les dendroctones de l'épinette (Dendroctonus rufipennis) sont menacés par plusieurs espèces de champignons qui réduisent la valeur adaptative du dendroctone de l'épinette. [35] Lors de l'invasion fongique, les adultes commencent à sécréter par voie orale et l'analyse de ces sécrétions a révélé que des bactéries à activité antifongique sont utilisées pour mettre en quarantaine les sections de la galerie infestées de champignons. [35] Une stratégie de gestion des déchets existe chez certaines espèces vivant en groupe et sous-sociales, telles que le grillon à queue courte de De Geer (Anurogryllus muticus). [1] 5 à 10 minutes après avoir déféqué et retourné à ses œufs, A. muticus les femelles retournent aux boulettes fécales et les retirent de la chambre - notez qu'aucun autre élément n'est retiré de la chambre. [36] En découvrant une carcasse, le sous-social N. vespilloides les parents régulent à la hausse l'activité antimicrobienne de leurs exsudats anaux et les étalent sur la carcasse - assainissant ainsi la ressource dont leur couvée se régalera bientôt. [37]

Inhiber la transmission intra-groupe Modifier

Si un parasite est entré dans le nid et s'est établi, les groupes doivent maintenant mettre en place des défenses qui inhibent la propagation des parasites des membres du groupe infectés aux membres non infectés. [2] Le risque d'infection pour un individu non infecté dépend de trois facteurs : sa sensibilité au parasite, le taux de contact entre individus infectés et non infectés et la capacité infectieuse (virulence) du parasite. [2] Chez les insectes eusociaux, les défenses comprennent :

    , où les individus toilettent les corps d'autres congénères, est un mécanisme extrêmement courant d'immunité sociale chez les insectes eusociaux. [2] Lorsque les fourmis allogroom, elles se frottent les pattes et se lèchent les unes les autres pour nettoyer les parasites trouvés sur la cuticule sont stockés dans une cavité spéciale dans l'intestin antérieur (la cavité infrabuccale, qui se trouve sur la surface ventrale de la cavité buccale) - cela empêche l'ingestion du parasite par le toiletteur. [38] Le contenu de la cavité sous-buccale est ensuite tué par l'activité chitnolytique des sécrétions des glandes labiales avant d'être expulsé sous forme de boulette avec d'autres débris pour refuser les tas dans ou hors du nid. [2][38][39][40] Après exposition à M. anisopliae, taux d'auto-nettoyage de la termite de bois humide Z. angusticollis rester constant tandis que l'allogroomage augmente jusqu'à 53 fois l'allogrooming ici peut non seulement éliminer les spores fongiques car la salive appliquée simultanément pourrait réduire la viabilité des spores, similaire à l'activité antibactérienne de Vespula la salive des larves de guêpe. [41][42] Certaines ouvrières apicoles se spécialisent dans l'allogroomage quasi continu. [43]
  • Les stratégies d'inhibition au niveau des colonies peuvent également créer une « immunité organisationnelle ». Par exemple, les travailleurs sociaux des insectes ont tendance à travailler initialement au centre du nid, allaitant la couvée, et en vieillissant, adoptent des tâches de plus en plus proches de la périphérie, par exemple, la recherche de nourriture. [44] Cette compartimentation, appelée polyéthisme centrifuge, signifie que les travailleurs du même âge interagissent principalement avec d'autres du même âge, qui effectuent la même tâche dans le même compartiment spatial : ainsi si une nouvelle maladie survient qui est transmise par le travailleur physique -le contact des travailleurs est limité à une section de la colonie. [2] La structuration spatiale des colonies d'abeilles mellifères occidentales (Apis mellifera) privilégie les jeunes individus - lorsque les colonies sont atteintes de maladies qui ont une courte période infectieuse (la période pendant laquelle les individus infectés peuvent transmettre la maladie aux individus sensibles), elle est limitée aux seuls individus plus âgés plus proches de l'extérieur. [45] Chez le bourdon commun oriental (Bombus impatiens), les ouvrières qui nourrissent les larves ont tendance à rester près du centre du nid même lorsqu'elles n'effectuent pas cette activité, et l'inverse est vrai pour les ouvrières qui se nourrissent de 11 à 13 % des ouvrières restent dans de petites zones à une distance particulière du centre du nid tout au long de leur la vie. [46] La répartition démographique d'une colonie peut également être exploitée à des fins antiparasitaires : travaux sur Z. angusticollis a montré qu'il existe non seulement des différences de sensibilité aux parasites entre les stades, mais que la constitution démographique d'un groupe affecte significativement la survie (les groupes d'âges mixtes réussissent mieux que les groupes d'âge unique). [47] L'effet de la structuration des colonies sur la dynamique de la maladie et l'immunité sociale est également analysé théoriquement à l'aide de modèles mathématiques. [48][49]
  • L'exclusion sociale des personnes infectées peut également empêcher la transmission intragroupe. Lorsque les termites du bois humide (Z. angusticollis) entrent en contact avec de fortes densités de spores fongiques entamopathogènes, ils effectuent une « démonstration motrice vibratoire » du corps entier qui incite les autres qui ne sont pas en contact direct avec les spores à fuir, augmentant ainsi leur distance par rapport à l'individu infecté. [50] Dans la termite souterraine orientale (R. flavipes) l'infection par le même champignon provoque également une réponse d'alarme vibratoire. [51] Individuel Temnothorax unifasciatus les fourmis qui meurent à cause d'une infection fongique, d'un empoisonnement au dioxyde de carbone ou «naturellement» (de cause inconnue dans les colonies qui n'avaient pas été manipulées expérimentalement) quittent définitivement le nid une à 50 heures avant leur mort, cessant de manière altruiste toutes les interactions sociales avec leurs compagnons de nid et mourant seul loin de la colonie. [21] Certains Apis mellifera les ouvrières sont des « spécialistes de l'hygiène » : elles détectent les cellules de la colonie contenant du couvain malade ou mort, décapsulent ces cellules puis en retirent le contenu. [52]
  • L'homogénéité génétique des colonies d'insectes les rend théoriquement sensibles à l'infection en masse. B. terrestris ont des niveaux d'infection parasitaire inférieurs à ceux des colonies homogènes. [53] Pour augmenter la diversité génétique, les colonies peuvent augmenter le nombre de reines et/ou augmenter le nombre de partenaires d'accouplement d'une reine — [2] on pense que ces avantages immunitaires sociaux peuvent expliquer la polyandrie apparemment coûteuse trouvée dans les colonies d'insectes sociaux. [53][54] Les hyménoptères sociaux ont également des taux exceptionnellement élevés de recombinaison méiotique par rapport à un large éventail de taxons eucaryotes supérieurs, ce qui augmente encore la diversité génétique. [55] Les travaux théoriques et empiriques en cours cherchent à déterminer les scénarios dans lesquels ces avantages immunitaires de l'hétérogénéité génétique peuvent être annulés en raison des coûts concomitants, par exemple, le conflit intra-colonie accru et/ou la sensibilité à un nombre croissant de parasites qui vient avec une diversité génétique accrue. [56]
  • Pour lutter contre les parasites sensibles à la chaleur, les membres du groupe peuvent élever leur température collectivement - cette défense est connue sous le nom de fièvre sociale et n'a jusqu'à présent été trouvée que chez les abeilles (Apis): [1] sur provocation par le couvain à la craie (Ascosphaera apis), les ouvrières augmentent la température du nid à titre préventif - il est actuellement indéterminé si le signal de cette action est dû au fait que les larves communiquent leur infection aux ouvrières ou que les ouvrières détectent le parasite avant que les symptômes ne se développent. [57]

L'allogroomage existe chez les insectes présociaux - le perce-oreille européen (Forficula auricularia) toilette ses œufs pour empêcher la croissance de moisissures [58] et le gardon des bois (Cryptocerque) les nymphes passent jusqu'à un cinquième de leur temps à toiletter les adultes (les nymphes toilettent également d'autres nymphes, mais à une fréquence plus faible, cependant l'allogroomage n'est pas observé chez les adultes) - [59] mais dans l'ensemble, le rôle de la défense du parasite dans le comportement d'allogrooming des taxons présociaux est actuellement non résolu. [1]

L'abandon du nid est un dernier recours pour une colonie accablée par une infection contre laquelle les défenses énumérées ci-dessus n'ont pas été efficaces - les individus infectés peuvent alors être laissés à l'abandon dans l'ancien nid ou expulsés du groupe pendant que la colonie se déplace vers un nouveau nid. [2]

Autres taxons Modifier

Les systèmes immunitaires sociaux ont été observés dans un large éventail de groupes taxonomiques. L'allogroomage se trouve chez de nombreux animaux, par exemple les primates en toilettent fréquemment d'autres, un comportement qui a probablement évolué pour sa fonction hygiénique, mais qui a maintenant été coopté pour son rôle supplémentaire dans le lien social. [60] Allogrooming dans la chauve-souris vampire commune (Desmodus rotundus) est associée à la régurgitation de la nourriture et peut permettre à d'autres chauves-souris d'identifier quels individus sont capables de leur fournir de la nourriture [61] les comportements d'allogroomage des chevaux et des oiseaux ont également été étudiés. [62] [63] Une gamme de symbioses de nettoyage parfois élaborées existe également entre de nombreuses espèces différentes, en particulier chez les poissons marins avec leurs stations de nettoyage. Mésanges bleues de Corse (Parus caeruleus) tapissent prophylactiquement leur nid de plantes aromatiques (telles que Achillea ligustica, Helichrysum italicum et Lavandula stoechas) pour éloigner les moustiques et autres insectes hématophages ornithophilleux (ciblant les oiseaux). [64]

Après la définition plus large de l'immunité sociale par Cotter et Kilner, de nombreux exemples de comportements immunitaires sociaux au sein des familles animales peuvent être donnés : grenouilles túngara (Engystomops pustulosus) créent des « nids de mousse » pendant la reproduction au cours de laquelle l'embryogenèse se produit. Ces nids de mousse sont imprégnés de protéines de ranaspumine qui fournissent une défense contre les attaques microbiennes et agissent comme un détergent. L'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), gobie des herbes (Zosterisessor ophiocephalus), dard frangé (Etheostoma crossopterum) et deux espèces de blennies utilisent également des stratégies chimiques pour défendre leurs œufs contre les microbes. [5] Curieusement, on a découvert que les microbes eux-mêmes possèdent un système immunitaire social : lorsqu'une population de Staphylococcus aureus est infecté par la gentamicine, certains individus (appelés variantes de petites colonies) commencent à respirer de manière anaérobie, abaissant le pH de l'environnement et conférant ainsi une résistance à l'antibiotique à tous les autres individus, y compris ceux S. aureus individus qui n'ont pas changé de phénotype. [65] Une analogie peut être établie ici avec la fièvre sociale chez les abeilles décrite ci-dessus : un sous-ensemble d'individus dans une population change de comportement et, ce faisant, offre une résistance à l'échelle de la population. [5]

En utilisant le concept de phénotype étendu de Richard Dawkins, les systèmes de santé développés par les humains pourraient être considérés comme une forme d'immunité sociale. [4]

La majorité des études sur l'immunité sociale ont porté sur les insectes eusociaux. [1] Par exemple, le travail de Sylvia Cremer utilise les fourmis comme système modèle tandis que Rebeca Rosengaus travaille avec les termites. En dehors des insectes eusociaux, un système modèle émergent est le coléoptère Nicrophorus vespilloides. [66]

Nicrophorus vespilloides Éditer

Déjà un système modèle en écologie évolutive en raison de leurs soins parentaux étendus, enterrant les coléoptères comme N. vespilloides chasser les petites carcasses de vertébrés qu'ils enterrent ensuite avant de les préparer de manière complexe comme ressource pour que ses larves se reproduisent sur ces carcasses sont rares et éphémères mais sont pourtant nécessaires pour enterrer le succès de reproduction des coléoptères. Les carcasses sont des ressources très contestées avec des défis lancés par d'autres coléoptères enterrés et d'autres espèces nécrophages, ainsi que des décomposeurs microbiens. Les carcasses plus âgées ont une charge microbienne plus élevée et ont donc une qualité inférieure en tant que ressource de reproduction : les larves élevées sur ces carcasses sont plus petites et dans un moins bon état nutritionnel - à l'âge adulte, ces coléoptères étaient également plus petits, ce qui N. vespilloides réduit la forme physique. [14] Daniel Rozen et al. démontré en 2008 que N. vespilloides choisit de préférence les carcasses les plus récentes (qui ont tendance à avoir une charge microbienne plus faible) par rapport aux carcasses anciennes, et s'il n'est pas possible d'acquérir l'une de ces carcasses de meilleure qualité, ils utilisent des soins parentaux avant et après l'éclosion pour réduire le défi posé par les microbes. [14] Sheena Cotter et Rebecca Kilner ont démontré qu'une partie de ces soins parentaux antimicrobiens impliquait que les deux parents enduisent la carcasse d'exsudats anaux antibactériens : leurs travaux de 2009 ont démontré que lorsque les coléoptères rencontrent une carcasse, ils régulent à la hausse l'activité antibactérienne de leur exsudat anal en altérant sa composition (l'activité de type lysozyme augmente, l'activité de la phénoloxydase diminue), et que les spécificités de ce système immunitaire social diffèrent entre les sexes : l'exsudat féminin a une activité antibactérienne plus importante que les mâles les mâles veufs ont augmenté l'activité antibactérienne de leur exsudat alors qu'une réduction a été vu chez les femmes veuves. [37]

Cotter et al. ont ensuite montré le coût de cette réponse immunitaire sociale - en fournissant aux femelles des carcasses infestées de microbes, ils ont découvert que la régulation à la hausse de l'activité antibactérienne qui s'ensuivait entraînait une diminution de 16% du rendement reproducteur à vie. [67] Cette réduction significative de la forme physique, due à la fois à une mortalité accrue et à une baisse de la fécondité liée à l'âge, explique pourquoi l'activité antibactérienne de l'exsudat est uniquement induite et non présente de manière constitutive. [67] D'autres travaux ont révélé qu'il existait un compromis entre l'investissement dans l'immunité personnelle et l'investissement dans l'immunité sociale, c'est-à-dire en cas de blessure, N. vespilloides régule positivement sa réponse immunitaire personnelle tout en réduisant simultanément sa réponse immunitaire sociale. [68] Récemment, le Kilner Group a identifié un gène associé à l'immunité sociale chez N. vespilloides: le taux d'expression de Lys6, un lysozyme, augmente 1 409 fois lors de la reproduction et passe du 5 967e transcrit le plus abondant dans le transcriptome du tissu intestinal au 14e, il a également été démontré que les taux d'expression de Lys6 covarie avec l'activité antibactérienne de l'exsudat anal. [69] Les efforts d'immunité sociale culminent pendant l'âge moyen, contrairement aux efforts d'immunité personnelle augmentant ou maintenus avec l'âge dans l'élevage de coléoptères enterrés. [70]

L'exsudat des larves elles-mêmes contient également des substances antibactériennes, dont l'activité culmine à l'éclosion et diminue à mesure que les larves vieillissent. Le fait de déménager les parents entraîne une régulation négative de l'effort antibactérien, probablement en raison de la nécessité d'investir de l'énergie dans d'autres tâches plus importantes qui surviennent en raison de l'absence des parents. [71]

Comparaison avec l'immunité personnelle Modifier

De nombreux chercheurs ont remarqué des parallèles marqués entre les systèmes immunitaires personnels plus familiers d'organismes individuels (par exemple, les lymphocytes T et B) et les systèmes immunitaires sociaux décrits ci-dessus, et il est généralement admis parmi les immunologistes écologiques qu'un travail comparatif rigoureux entre ces deux systèmes augmentera de comprendre l'évolution de l'immunité sociale. [4] [5] Alors que les mécanismes physiologiques spécifiques par lesquels l'immunité est produite diffèrent fortement entre l'individu et la société, on pense qu'à un niveau "phénoménologique", les principes de menace et de réponse parasitaires sont similaires : les parasites doivent être détectés rapidement, les réponses doivent différer selon le parasite en question, la propagation de l'infection doit être limitée et les différentes composantes de l'individu/de la société doivent bénéficier de différents niveaux de protection en fonction de leur contribution relative à la condition physique. [4] Cremer a été le premier à le faire de manière systématique et a divisé les phénomènes immunologiques en trois catégories : la défense des frontières (évitement de l'apport), la défense soma (éviter l'établissement au sein des composants non reproducteurs d'un individu/société) et la défense de la lignée germinale (éviter infection des composants reproductifs d'un individu/d'une société). Voici des exemples d'analogies tirées de l'article de Cremer :

  • Défense des frontières :
      dans les vaisseaux sanguins blessés d'un individu peut être comparé au comportement de bouchage d'entrée de fourmis spéciales en réponse à une attaque parasitaire
  • Le système circulatoire d'un individu peut être comparé à la distribution des nutriments dans les colonies d'insectes sociaux, où quelques-uns se nourrissent puis le distribuent au reste du nid
  • L'auto-toilettage des chats et des chiens peut être comparé à l'allogroomage
    • forme pour contenir des maladies que les systèmes immunitaires individuels luttent pour éliminer cela peut être comparé à l'encapsulation sociale observée contre les petits coléoptères des ruches chez les abeilles en réponse à la maladie peut être comparé au meurtre de travailleurs infectés ou au suicide forcé observé dans Temnothorax
    • La protection spéciale accordée aux organes reproducteurs (par exemple, barrière sang-ovaire/sang-testicules, nombre accru de cellules immunitaires par rapport aux organes non reproducteurs) peut être comparée à la chambre royale trouvée chez les insectes sociaux, où en raison du polyéthisme centrifugal la reine ( s), et parfois king(s), sont soignés par de jeunes ouvrières qui sont restées à l'intérieur du nid toute leur vie et ont donc une probabilité plus faible d'infection parasitaire

    D'autres similitudes incluent la mémoire immunologique du système immunitaire adaptatif chez les vertébrés et l'observation qu'une mémoire collective similaire (fonctionnant avec un mécanisme encore à expliquer) se produit dans certaines sociétés d'insectes, par ex. individuel Z. angusticollis survivre M. anisopliae significativement plus d'infections lorsqu'ils ont été en contact avec un conspécifique précédemment infecté, un « transfert social d'immunité » ou une « vaccination sociale ». [4] [72] Le rejet de greffe causé par des complexes d'histocompatibilité majeurs non-soi est souvent considéré comme un sous-produit sans fonction évolutive, cependant Cremer cite des cas (comme l'ascidie étoile coloniale (Botryllus schlosseri)) où la reconnaissance des cellules étrangères peut avoir évolué en tant qu'adaptation - si tel est le cas, cela pourrait être analogue aux systèmes d'auto-reconnaissance des insectes sociaux qui empêchent le parasitisme du couvain et aux comportements de police des travailleurs qui suppriment les « tumeurs sociales ». [4] Des cellules immunitaires spécifiques chez les animaux « patrouillent » les tissus à la recherche de parasites, tout comme les individus de la caste des travailleurs dans les colonies. [4]

    Cotter et Kilner soutiennent que non seulement l'immunité sociale est un concept utile à utiliser lors de l'étude des transitions majeures de l'évolution (voir ci-dessous), mais que l'origine des systèmes immunitaires sociaux pourrait être considérée comme une transition majeure elle-même. [5]

    Rôle dans l'évolution de la vie en groupe Modifier

    La transition de la vie solitaire à la vie en groupe (identifiée par John Maynard Smith comme l'une des sept transitions majeures de l'histoire de l'évolution) a apporté de nombreux avantages pour la condition physique (vigilance anti-prédateur accrue, avantages pour la recherche de nourriture, etc.) et la possibilité d'exploiter un vaste de nouvelles niches écologiques, mais la vie en groupe a aussi ses pièges. [2] [73] De nombreuses études ont démontré une augmentation de la charge parasitaire transmise par contact avec l'augmentation de la taille du groupe, [1] [73] et des recherches ont donc été menées sur le rôle de l'immunité sociale dans l'évolution de la vie en groupe précoce. Des preuves empiriques existent déjà, à partir d'études comparatives interspécifiques et intraspécifiques, qu'une augmentation de la densité de population entraîne une augmentation de l'effort immunitaire personnel (prophylaxie dépendante de la densité). [74] [75] [76] Cependant, il existe également de bonnes preuves que l'évolution de l'immunité sociale conduit à un compromis entre l'effort dans les réponses immunitaires personnelles et l'effort dans les réponses immunitaires sociales - des études physiologiques et génomiques ont montré que les conditions peuvent conduire à une réduction de l'effort immunitaire personnel. [1] Immunité personnelle chez le criquet pèlerin australien (Chortoicetes terminifera) diminue lorsque la densité de population augmente et augmente lorsqu'il est artificiellement isolé. [77] Des études génomiques révèlent que les solitaires infectés S. gregaria expriment plus de gènes impliqués dans l'immunité que les individus infectés en phase grégaire, [78] Bombus terrestris les chercheurs améliorent également les gènes liés au système immunitaire lorsqu'ils sont isolés expérimentalement et il existe trois fois plus de familles de gènes liés au système immunitaire chez les insectes solitaires que chez les abeilles eusociales. [79]

    Joël Meunier a soutenu que les deux relations apparemment contradictoires entre l'effort immunitaire personnel et la densité de population étaient fonction de deux hypothèses implicites dans la prédiction selon laquelle il devrait y avoir une corrélation négative entre l'effort immunitaire personnel et la vie en groupe :

    1. "La vie en groupe est toujours associée à l'expression de l'immunité sociale" - il s'agit de faux termites ouvriers (Z. angusticollis) ne font pas de distinction entre les congénères infectés et non infectés, les colonies de fourmis pharaons (Monomorium pharaonis) choisissent de se déplacer dans des nids infectés plutôt que des nids non infectés et la reine des fourmis des bois (Formica paralugubris) ne sont pas repoussés mais attirés par les habitats contaminés par des champignons entamopathogènes. [1]
    2. « Les réponses immunitaires sociales sont coûteuses pour les producteurs » – seulement chez une espèce, Nicrophorus vespilloides, cette hypothèse a-t-elle été testée [1] - une provocation bactérienne à la ressource larvaire a conduit à une réponse immunitaire sociale de la mère, et cette réponse a conduit à une réduction du succès de reproduction à vie (c'est-à-dire qu'il y avait un coût). [67]

    Tout en indiquant que d'autres études dans de nombreux taxons eusociaux et non eusociaux différents sont nécessaires pour mieux évaluer la validité de ces hypothèses, Meunier note que l'existence d'un compromis entre l'immunité personnelle et sociale pourrait être masquée ou « découverte » à tort dans une population/une espèce en raison de la variation individuelle (par exemple, des individus de faible qualité peuvent ne pas être en mesure de se permettre un investissement relativement élevé dans les deux systèmes immunitaires), et recommande donc que la qualité intrinsèque des individus soit contrôlée si des conclusions valides doivent être tirées. [1]

    Pour évaluer ce que les connaissances actuelles sur les systèmes immunitaires sociaux suggéraient pour savoir si l'immunité sociale était un sous-produit ou un moteur de la vie en groupe complexe, Meunier a défini 30 mécanismes différents d'immunité sociale trouvés chez les insectes eusociaux et a cherché des homologues chez les insectes présociaux et solitaires. [1] Soutenant l'hypothèse que l'immunité sociale était un moteur et non un sous-produit de la vie en groupe complexe, 10 mécanismes avaient des homologues chez les insectes présociaux et 4 chez les espèces solitaires (bien que cela n'implique pas que certains mécanismes puissent évoluer en tant que sous-produit) . [1] La preuve que les mécanismes d'immunité sociale sont sélectionnés pour au moins quelque peu en raison des avantages collectifs fait cependant défaut - peut-être en raison de la difficulté à isoler les avantages immunitaires des autres avantages que les mécanismes d'immunité sociale confèrent souvent (par exemple, l'allogroomage inhibe l'établissement d'ectoparasites , mais améliore également la précision de la reconnaissance des partenaires de nidification en raison du partage et donc de l'homogénéisation des signatures chimiques entre les membres du groupe), et la difficulté de séparer expérimentalement la fitness directe de la fitness indirecte, potentialisée dans les taxons eusociaux où prédominent les individus stériles/non reproducteurs. [1] Plus d'études sur les taxons présociaux permettraient aux analyses phylétiques de retrouver le chemin réel de l'évolution que les différents mécanismes d'immunité sociale ont pris. [1]

    Rôle dans l'évolution de la polyandrie Modifier

    L'origine de la polyandrie dans la nature et sa valeur adaptative sont un sujet de controverse en cours en biologie évolutive, en partie en raison des coûts apparemment nombreux qu'elle impose aux femelles - allocation énergétique et temporelle supplémentaire à la reproduction, risque accru de prédation, risque accru de transmission sexuelle maladies et risque accru de dommages physiques causés par la copulation/la coercition sexuelle - pour les insectes eusociaux, les effets de la polyandrie sur le coefficient de parenté du membre de la colonie sont également importants, car la réduction de la parenté des ouvrières limite le pouvoir de sélection de la parenté pour maintenir les comportements ultracoopératifs qui sont essentiels au succès d'une colonie. [80] [81] Une hypothèse pour l'évolution de la polyandrie s'appuie sur la résistance aux maladies que l'augmentation de la diversité génétique est censée apporter à un groupe, et un nombre croissant de preuves provenant de taxons d'insectes soutient cette hypothèse, dont certaines sont discutées ci-dessus. [80] [82]

    L'immunité sociale est l'évolution d'un niveau supplémentaire d'immunité dans les colonies d'insectes eusociaux (certaines abeilles et guêpes, toutes les fourmis et les termites). [83] [84] [85] L'immunité sociale comprend les défenses collectives contre les maladies dans d'autres sociétés stables, y compris celles des primates, [86] et a également été élargie pour inclure d'autres interactions sociales, telles que les soins parentaux. [87] C'est un concept récemment développé. [88]

    L'immunité sociale fournit une approche intégrée pour l'étude de la dynamique des maladies dans les sociétés, combinant à la fois le comportement et la physiologie (y compris les processus au niveau moléculaire) de tous les membres du groupe et leurs interactions sociales. Il relie ainsi les domaines de l'évolution sociale et de l'immunologie écologique. L'immunité sociale affecte également l'épidémiologie, car elle peut avoir un impact à la fois sur l'évolution d'une infection au niveau individuel, ainsi que sur la propagation de la maladie au sein du groupe.

    L'immunité sociale diffère des phénomènes similaires qui peuvent se produire dans des groupes qui ne sont pas vraiment sociaux (par exemple, les animaux de troupeau). Ceux-ci incluent (i) la prophylaxie dépendante de la densité, [89] qui est la régulation à la hausse de l'immunité individuelle des membres du groupe sous l'encombrement temporel, et (ii) l'immunité collective, qui est la protection des individus sensibles dans un groupe par ailleurs immun, où les agents pathogènes sont incapables de se propager en raison du rapport élevé entre les hôtes immunisés et les hôtes sensibles. [84] De plus, bien que l'immunité sociale puisse être obtenue grâce à des défenses comportementales, physiologiques ou organisationnelles, ces composants ne s'excluent pas mutuellement et se chevauchent souvent. Par exemple, les défenses organisationnelles, telles qu'un réseau d'interaction modifié qui influence la propagation de la maladie, émergent de processus chimiques et comportementaux. [90]

    On pense que la socialité, bien qu'un mode de vie très réussi, augmente le risque par individu de contracter la maladie, simplement parce que le contact étroit avec des congénères est une voie de transmission clé pour les maladies infectieuses.[91] Comme les organismes sociaux sont souvent densément agrégés et présentent des niveaux élevés d'interaction, les agents pathogènes peuvent plus facilement se propager des individus infectieux aux individus sensibles. [92] Les interactions intimes souvent trouvées chez les insectes sociaux, telles que le partage de nourriture par régurgitation, sont d'autres voies possibles de transmission d'agents pathogènes. [88] Comme les membres des groupes sociaux sont généralement étroitement liés, ils sont plus susceptibles d'être sensibles aux mêmes agents pathogènes. [93] Cet effet est aggravé lorsque des générations qui se chevauchent sont présentes (comme dans les colonies d'insectes sociaux et les groupes de primates), ce qui facilite la transmission horizontale d'agents pathogènes de l'ancienne génération à la suivante. [93] Dans le cas des espèces qui vivent dans des nids/terriers, des températures et une humidité stables et homéostatiques peuvent créer des conditions idéales pour la croissance des agents pathogènes. [93]

    Le risque de maladie est en outre affecté par l'écologie. Par exemple, de nombreux insectes sociaux nichent et se nourrissent dans des habitats riches en agents pathogènes, tels que le sol ou le bois pourri, les exposant à une pléthore de microparasites, par ex. champignons, bactéries, virus et macroparasites, par ex. acariens et nématodes. [93] En outre, les ressources alimentaires partagées, telles que les fleurs, peuvent servir de plaques tournantes pour les insectes pollinisateurs sociaux, favorisant à la fois la transmission interspécifique et intraspécifique des agents pathogènes. [94] [95] Cela peut être un facteur contribuant à la propagation des maladies infectieuses émergentes chez les abeilles.

    Tous ces facteurs combinés peuvent donc contribuer à une propagation rapide de la maladie à la suite d'une épidémie et, si la transmission n'est pas contrôlée, une épizootie (une épidémie animale) peut en résulter. Par conséquent, l'immunité sociale a évolué pour réduire et atténuer ce risque.

    Hygiène du nid Modifier

    Les insectes sociaux ont développé une gamme de comportements sanitaires pour garder leurs nids propres, réduisant ainsi la probabilité d'établissement et de propagation du parasite au sein de la colonie. [88] De tels comportements peuvent être employés soit à titre prophylactique, soit activement, sur demande. Par exemple, les insectes sociaux peuvent incorporer des matériaux aux propriétés antimicrobiennes dans leur nid, tels que de la résine de conifère, [96] [97] ou des boulettes fécales qui contiennent des antimicrobiens dérivés de symbiotes. [98] [99] [100] [101] Ces matériaux réduisent la croissance et la densité de nombreuses bactéries et champignons nuisibles. Les substances antimicrobiennes peuvent également être autoproduites. Il a été démontré que les sécrétions des glandes métapleurales des fourmis et les composants chimiques volatils produits par les termites inhibent la germination et la croissance des champignons. [102] [103] [104] [105] [106] Une autre composante importante de l'hygiène des nids est la gestion des déchets, qui implique une séparation spatiale stricte des zones de nidification propres et des décharges de déchets. [88] Les colonies d'insectes sociaux déposent souvent leurs déchets à l'extérieur du nid, ou dans des compartiments spéciaux, y compris des chambres à déchets pour les restes de nourriture, des « toilettes » pour la défécation [107] et des « cimetières », où les individus morts sont déposés, réduisant ainsi la probabilité de transmission de parasites à partir de cadavres potentiellement infectés. [108] [109] [110] [111] [112] L'endroit où les insectes sociaux placent leurs déchets est également important. Par exemple, les fourmis coupeuses de feuilles vivant dans des conditions xériques déposent leurs déchets à l'extérieur du nid, tandis que les espèces vivant sous les tropiques ont tendance à les garder dans des chambres spéciales à l'intérieur du nid. Il a été proposé que cette différence soit liée à la probabilité que l'environnement externe réduise ou améliore la croissance microbienne. [113] Pour les fourmis xériques, placer les déchets à l'extérieur aura tendance à inhiber le matériel infectieux, car les microbes sont généralement tués dans des conditions chaudes et sèches. D'un autre côté, placer les déchets dans des environnements chauds et humides favorisera la croissance microbienne et la transmission de maladies, il peut donc être plus sûr pour les fourmis vivant dans les sujets de contenir leurs déchets dans le nid. Les abeilles ont développé la capacité de maintenir activement une température constante dans leurs ruches pour assurer un développement optimal du couvain. Lors de l'exposition à Ascoshpaera apis, un pathogène fongique sensible à la chaleur qui provoque le couvain calcaire, les abeilles augmentent la température des rayons du couvain, créant ainsi des conditions défavorables à la croissance du pathogène. Cette « fièvre sociale » est pratiquée avant l'expression des symptômes de la maladie et peut donc être considérée comme une mesure préventive pour éviter les épidémies de couvain de craie dans la colonie. [114]

    Soins sanitaires des membres du groupe Modifier

    Les soins sanitaires réduisent le risque d'infection pour les membres du groupe et peuvent ralentir l'évolution de la maladie. Par exemple, le toilettage est la première ligne de défense contre les agents pathogènes infectés de l'extérieur tels que les champignons entomopathogènes, dont les conidies infectieuses peuvent être éliminées mécaniquement par auto-nettoyage et allogrooming (toilettage social) pour prévenir l'infection. Comme les conidies de ces champignons ne s'attachent que de manière lâche à la cuticule de l'hôte, le toilettage [116] peut réduire considérablement le nombre de stades infectieux. [117] [118] Bien que le toilettage soit également effectué souvent en l'absence d'un agent pathogène, il s'agit d'une réponse adaptative, la fréquence et la durée du toilettage (auto et allo) augmentant lorsque l'exposition à l'agent pathogène se produit. Chez plusieurs espèces d'insectes sociaux, il a été démontré que l'allogroomage des travailleurs contaminés améliore considérablement la survie, par rapport aux travailleurs isolés qui ne peuvent effectuer que l'auto-toilettage. [119] [120] [121] [122]

    Dans le cas des fourmis, les agents pathogènes suffisamment gros pour être éliminés par le toilettage sont d'abord collectés dans la poche sous-buccale (trouvée dans la bouche), ce qui empêche les agents pathogènes de pénétrer dans le système digestif. [118] Dans la poche, il peut s'agir de sécrétions de glandes labiales mélangées ou avec du poison que les fourmis ont absorbé dans leur bouche. Ces composés réduisent la viabilité de la germination, rendant les conidies non infectieuses lorsqu'elles sont ensuite expulsées sous forme de boulette sous-buccale. [118] Dans le cas des termites, les agents pathogènes éliminés lors du toilettage ne sont pas filtrés avant d'entrer dans l'intestin, mais sont autorisés à traverser le tube digestif. Les micro-organismes symbiotiques dans l'intestin postérieur du termite sont également capables de désactiver les agents pathogènes, les rendant non infectieux lorsqu'ils sont excrétés. [123]

    En plus du toilettage, les insectes sociaux peuvent appliquer sur eux-mêmes et entre eux des composés antimicrobiens dérivés de l'hôte et des symbiotes pour inhiber la croissance ou la germination des agents pathogènes. [110] [118] [124] Chez les fourmis, l'application d'antimicrobiens est souvent effectuée en conjonction avec le toilettage, pour permettre l'élimination mécanique et le traitement chimique simultanés des agents pathogènes. [118] [125] Chez les fourmis, le poison peut être absorbé dans la bouche à partir de l'acidopore (la sortie de la glande productrice de poison à l'extrémité de l'abdomen), et stocké dans la bouche, pour être redistribué pendant le toilettage. [118] Chez la fourmi Lasius négligé, le poison produit par l'acidopore est composé en grande partie d'acide formique (60 %), mais contient également de l'acide acétique (2 %). Essais d'inhibition de la gouttelette de poison contre l'agent pathogène fongique Métarhizium ont constaté que l'acide formique seul réduit considérablement la viabilité des conidies fongiques, mais que tous les composants du poison agissent en synergie pour inhiber la viabilité des conidies, jusqu'à 96 %. [118]

    Traiter les membres du groupe infectés Modifier

    Les individus infectés et les cadavres malades présentent un risque particulier pour les insectes sociaux car ils peuvent être une source d'infection pour le reste de la colonie. [117] [126] [127] Comme mentionné ci-dessus, les compagnons de nid morts sont généralement retirés du nid pour réduire le risque potentiel de transmission de maladies. [112] Infectées ou non, les fourmis proches de la mort peuvent également se retirer volontairement de la colonie pour limiter ce risque. [128] [129] Les abeilles peuvent réduire les interactions sociales avec les compagnons de nid infectés, [130] les traîner activement hors de la ruche, [131] et peuvent les empêcher d'entrer du tout. [132] Le « comportement hygiénique » est l'élimination spécifique du couvain infecté de la colonie et a été signalé à la fois chez les abeilles et les fourmis. [120] [133] Chez les abeilles, les colonies ont été artificiellement sélectionnées pour effectuer ce comportement plus rapidement. Ces ruches « hygiéniques » ont amélioré les taux de récupération après les infections du couvain, car plus le couvain infecté est retiré tôt, moins il est probable qu'il soit déjà devenu contagieux. [126] Le cannibalisme des compagnons de nid infectés est un comportement efficace chez les termites, car le matériel infectieux ingéré est détruit par les enzymes antimicrobiennes présentes dans leurs intestins. [110] [123] [134] Ces enzymes fonctionnent en décomposant les parois cellulaires des champignons pathogènes, par exemple, et sont produites à la fois par le termite lui-même et par son microbiote intestinal. [123] S'il y a trop de cadavres à cannibaliser, les termites les enterrent plutôt dans le nid. Comme l'élimination chez les fourmis et les abeilles, cela isole les cadavres pour contenir l'agent pathogène, mais n'empêche pas leur réplication. [110] Certains agents pathogènes fongiques (par ex. Ophiocordyceps, Pandore) manipulent leurs fourmis hôtes pour qu'elles quittent le nid et les tiges des plantes grimpantes entourant la colonie. [135] Là, attachés à la tige, ils meurent et font pleuvoir de nouvelles spores sur des butineuses saines. [136] Pour lutter contre ces champignons, les fourmis saines recherchent activement les cadavres sur les tiges des plantes et tentent de les éliminer avant de pouvoir libérer leurs spores [137]

    Immunisation au niveau de la colonie Modifier

    L'immunisation est une sensibilité réduite à un parasite lors d'une exposition secondaire au même parasite. La dernière décennie a révélé que l'immunisation se produit chez les invertébrés et est active contre un large éventail de parasites. Il se présente sous deux formes: (i) un parasite particulier d'amorçage immunitaire spécifique ou (ii) une régulation immunitaire générale qui favorise une protection non spécifique contre un large éventail de parasites. Dans tous les cas, les mécanismes sous-jacents de l'immunisation chez les invertébrés sont encore pour la plupart insaisissables. Chez les animaux sociaux, la vaccination ne se limite pas au niveau de l'individu, mais peut également se produire au niveau de la société, via une « immunisation sociale ». [84] L'immunisation sociale se produit lorsqu'une certaine proportion des membres du groupe est exposée à un parasite, ce qui conduit alors à la protection de l'ensemble du groupe, lors d'un contact secondaire avec le même parasite. L'immunisation sociale a été décrite jusqu'à présent dans un système de termites-champignons de bois humide, [138] un système de fourmis-champignons de jardin [139] [140] et un système de fourmis-bactéries charpentières. [141] Dans tous les cas, le contact social avec des individus exposés aux agents pathogènes a favorisé une sensibilité réduite chez leurs compagnons de nid (survie accrue), lors d'une exposition ultérieure au même agent pathogène. Dans les systèmes fourmis-champignons [140] et termites-champignons [142], l'immunisation sociale s'est avérée être causée par le transfert de conidies fongiques pendant l'allogrooming, des insectes exposés aux compagnons de nid effectuant le toilettage. Cette contamination a entraîné des infections de faible intensité du champignon chez les compagnons de nid, ce qui a stimulé leur système immunitaire et les a protégés contre les expositions mortelles ultérieures au même agent pathogène. Cette méthode d'immunisation est parallèle à la variole, une forme précoce de vaccination humaine, qui utilisait des agents pathogènes vivants pour protéger les patients contre, par exemple, la variole [140]


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    Atteindre l'intestin

    Début mars, une femme de 71 ans du Michigan est revenue d'une croisière sur le Nil avec une diarrhée sanglante, des vomissements et des douleurs abdominales. Au départ, les médecins soupçonnaient qu'elle avait un problème d'estomac commun, comme Salmonelle. Mais après qu'elle ait développé une toux, les médecins ont prélevé un écouvillon nasal et l'ont trouvée positive pour le nouveau coronavirus. Un échantillon de selles positif pour l'ARN viral, ainsi que des signes de lésion du côlon observés lors d'une endoscopie, ont indiqué une infection gastro-intestinale (GI) par le coronavirus, selon un article publié en ligne dans Le Journal américain de gastroentérologie (AJG).

    Son cas s'ajoute à un nombre croissant de preuves suggérant que le nouveau coronavirus, comme son cousin le SRAS, peut infecter la muqueuse du tube digestif inférieur, où les récepteurs cruciaux ACE2 sont abondants. L'ARN viral a été trouvé dans jusqu'à 53 % des échantillons de selles des patients échantillonnés. Et dans un article sous presse à Gastroentérologie, une équipe chinoise a rapporté avoir trouvé la coque protéique du virus dans des cellules gastriques, duodénales et rectales dans des biopsies d'un patient COVID-19. "Je pense qu'il se réplique probablement dans le tractus gastro-intestinal", déclare Mary Estes, virologue au Baylor College of Medicine.


    Voir la vidéo: cours dimmunologie partie 1:système immunitaire naturelle système immunitaire adaptatif (Décembre 2021).